一种压电元件、压电振动器及电子设备的制作方法

本实用新型涉及压电技术领域，特别是涉及一种压电元件、压电振动器及电子设备。

背景技术：

随着电子技术的急速进步，人们对电子设备的使用体验的要求越来越高，目前的电子设备大多数只能提供视觉和听觉上的体验，无法给用户带来触觉体验，因此，触觉再现技术应运而生。

现有的触觉再现技术是在电子设备中设置压电元件，通过压电元件的振动来提供触觉反馈。然而，现有的压电元件在使用时，当电极表面的电荷分布不均或提供的电压过高时，会将压电元件中的压电结构击穿，则压电结构两侧的第一电极和第二电极之间会产生短路，进而导致压电元件失效。

技术实现要素：

本实用新型提供一种压电元件、压电振动器及电子设备，以解决现有的当电极表面的电荷分布不均或提供的电压过高时，会将压电元件中的压电结构击穿，导致压电元件失效的问题。

为了解决上述问题，本实用新型公开了一种压电元件，包括：第一电极、设置在所述第一电极上的压电结构以及设置在所述压电结构上的第二电极；所述第二电极包括依次设置在所述压电结构上的导电层和抗氧化层；

所述导电层，被配置为当所述压电元件发生击穿短路时，在所述压电元件的击穿位置与所述抗氧化层发生固溶，并氧化生成绝缘材料。

可选的，所述导电层的材料为铟，所述抗氧化层的材料为金。

可选的，在沿着垂直于所述第一电极所在平面的方向上，所述导电层的厚度为485nm至515nm，所述抗氧化层的厚度为13.5nm至16.5nm。

可选的，所述第二电极还包括设置在所述压电结构与所述导电层之间的黏附层。

可选的，所述黏附层的材料为镍；在沿着垂直于所述第一电极所在平面的方向上，所述黏附层的厚度为9nm至11nm。

可选的，所述压电结构的材料为压电陶瓷；在沿着垂直于所述第一电极所在平面的方向上，所述压电结构的厚度小于5μm。

可选的，所述第一电极的材料为氧化铟锡；在沿着垂直于所述第一电极所在平面的方向上，所述第一电极的厚度为100nm至500nm。

为了解决上述问题，本实用新型还公开了一种压电振动器，包括衬底以及设置在所述衬底上的多个上述的压电元件。

可选的，所述压电振动器还包括覆盖所述衬底和各个所述压电元件的绝缘层，所述绝缘层具有与每个所述压电元件对应的第一过孔和第二过孔；

所述压电振动器还包括设置在所述绝缘层远离所述压电元件一侧的走线层，所述走线层包括与每个所述压电元件对应的第一信号线和第二信号线，每条所述第一信号线通过所述第一过孔与对应的所述压电元件中的所述第一电极连接，每条所述第二信号线通过所述第二过孔与对应的所述压电元件中的所述第二电极连接。

为了解决上述问题，本实用新型还公开了一种电子设备，包括上述的压电振动器。

与现有技术相比，本实用新型包括以下优点：

通过在第一电极上设置压电结构，并在压电结构上设置第二电极，且第二电极包括依次设置在压电结构上的导电层和抗氧化层，该导电层被配置为当压电元件发生击穿短路时，在压电元件的击穿位置与抗氧化层发生固溶，并氧化生成绝缘材料。通过采用导电层和抗氧化层作为压电元件的顶电极，在压电元件中的压电结构发生击穿短路时，基于短路产生的大量热量使得导电层融化，则抗氧化层和导电层会形成固溶体，缺失抗氧化层的导电层会发生氧化反应变为绝缘材料，使得压电元件的击穿位置从短路变为断路，而压电元件的其他位置可以正常使用，避免压电元件某一位置发生击穿短路而导致整个压电元件失效。

附图说明

图1示出了本实用新型实施例的一种压电元件的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例的一种压电振动器的平面示意图；

图3示出了本实用新型实施例的一种压电振动器的结构示意图；

图4示出了本实用新型实施例的一种压电振动器的制作方法的流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例一

参照图1，示出了本实用新型实施例的一种压电元件的结构示意图。

本实用新型实施例提供了一种压电元件10，包括：第一电极11、设置在第一电极11上的压电结构12以及设置在压电结构12上的第二电极13，第二电极13包括依次设置在压电结构12上的导电层131和抗氧化层132；导电层131，被配置为当压电元件10发生击穿短路时，在压电元件10的击穿位置与抗氧化层132发生固溶，并氧化生成绝缘材料。

在实际产品中，第一电极11指的是压电元件10的底电极，且第一电极11可以为面状电极，其形状为矩形。在第一电极11上设置有压电结构12，压电结构12在第一电极11上的正投影位于第一电极11所在的区域内。

在压电结构12远离第一电极11的一侧设置有第二电极13，第二电极13指的是压电元件10的顶电极，第二电极13为多层的面状电极，其形状也为矩形。具体的，第二电极13包括设置在压电结构12远离第一电极11一侧的导电层131，以及设置在导电层131远离压电结构12一侧的抗氧化层132，并且，导电层131和抗氧化层132在第一电极11上的正投影均覆盖压电结构12在第一电极11上的正投影，导电层131和抗氧化层132在第一电极11上的正投影可重合。

导电层131作为顶电极中的主要导电结构，且该导电层131的熔点较低、易与氧气发生氧化反应，且氧化生成的材料为绝缘材料，因此，在压电元件10未被击穿短路时，为了防止导电层131发生氧化，需要设置抗氧化层132，该抗氧化层132用于防止导电层131发生氧化反应而变为绝缘材料，保证压电元件10的顶电极可以正常导电。

当第一电极11和/或第二电极13表面的电荷分布不均或提供的电压过高时，会将压电元件10中的压电结构12击穿，即压电元件10发生击穿短路，此时击穿位置会产生大量的热量，由于导电层131的熔点较低，短路产生的大量热量使得击穿位置处的导电层131融化，则抗氧化层132发生固溶，并溶解至导电层131的液相中，即抗氧化层132和导电层131会形成固溶体；此时，导电层131会缺失抗氧化层132的保护作用，由于导电层131易与氧气发生氧化反应，因此，缺失抗氧化层132的导电层131会与氧气接触而发生氧化反应变为绝缘材料。

并且，当导电层131发生氧化反应生成的绝缘材料的含量越多时，导电层131对应的电阻越高，当导电层131的电阻越高时，产生的热量越多，使得导电层131持续发生氧化反应而生成绝缘材料，从而将压电元件10的击穿位置从短路变为断路，并生成大量的绝缘材料，即通过导电层131的氧化反应，可烧断短路位置，而压电元件10的其他位置可以正常使用，因此，可恢复压电元件10的性能，进而避免压电元件10某一位置发生击穿短路而导致整个压电元件10失效。

需要说明的是，固溶体指的是溶质原子溶解在金属溶剂的晶格中所组成的合金相，即是指一种或者多种溶剂的固体溶液。

综上所述，可以得知，导电层131的材料需要满足导电、低熔点、易与氧气发生氧化反应，且氧化生成的材料为绝缘材料的特性，而抗氧化层132的材料需要满足导电且不易与氧气发生氧化反应的特性，因此，在本实用新型实施例中，可采用铟(in)作为导电层131的材料，可采用金(au)作为抗氧化层132的材料，即导电层131的材料为铟，抗氧化层132的材料为金。

金属铟的熔点为156.76℃，其远小于击穿短路时产生的热量对应的温度，且金属铟易与氧气发生氧化反应，氧化生成氧化铟ino2，氧化生成的ino2为绝缘材料；金可以导电，且不易与氧气发生氧化反应，从而可实现对导电层131进行保护，在压电元件10未被击穿短路时，可防止导电层131发生氧化。

在本实用新型实施例中，在沿着垂直于第一电极11所在平面的方向上，导电层131的厚度为485nm至515nm，抗氧化层132的厚度为13.5nm至16.5nm。

例如，导电层131的厚度可以为490nm、500nm、510nm等，导电层131的厚度优选为500nm；抗氧化层132的厚度可以为14nm、15nm、16nm，抗氧化层132的厚度优选为15nm。

进一步的，如图1所示，第二电极13还包括设置在压电结构12与导电层131之间的黏附层133。

在压电元件10击穿短路时，击穿位置处的导电层131会融化，为了防止融化后的导电层材料对压电结构12造成侵蚀，在压电结构12与导电层131之间增加一层黏附层133，该黏附层133在防止融化后的导电层材料对压电结构12造成侵蚀的同时，可起到黏附顶电极和压电结构12的作用。

此时，压电元件10的第二电极13包括设置在压电结构12远离第一电极11一侧的黏附层133、设置在黏附层133远离压电结构12一侧的导电层131，以及设置在导电层131远离压电结构12一侧的抗氧化层132。并且，黏附层133在第一电极11上的正投影也覆盖压电结构12在第一电极11上的正投影，导电层131、抗氧化层132和黏附层133在第一电极11上的正投影可重合。

其中，黏附层133的材料为镍(ni)；在沿着垂直于第一电极11所在平面的方向上，黏附层133的厚度为9nm至11nm。例如，黏附层133的厚度可以为9.5nm、10nm、10.5nm等，黏附层133的厚度优选为10nm。

在本实用新型实施例中，压电结构12的材料为压电陶瓷(piezoelectricceramic，pzt)，例如，压电陶瓷的材料可以为锆钛酸铅二元系压电陶瓷，化学式为pb(zr1-xtix)o3，属abo3钙钛矿结构。

其中，在沿着垂直于第一电极11所在平面的方向上，压电结构12的厚度小于5μm。例如，压电结构12的厚度可以为2μm、3μm、4μm等，压电结构12的厚度优选为2μm。

在本实用新型实施例中，第一电极11的材料为氧化铟锡(indiumtinoxides，ito)，当然，第一电极11的材料也可以为其他导电材料，如第一电极11的材料为金属铂(pt)。

并且，在沿着垂直于第一电极11所在平面的方向上，第一电极11的厚度为100nm至500nm。例如，第一电极11的厚度可以为200nm、300nm、400nm等。

在本实用新型实施例中，通过采用导电层和抗氧化层作为压电元件的顶电极，在压电元件中的压电结构发生击穿短路时，基于短路产生的大量热量使得导电层融化，则抗氧化层和导电层会形成固溶体，缺失抗氧化层的导电层会发生氧化反应变为绝缘材料，使得压电元件的击穿位置从短路变为断路，而压电元件的其他位置可以正常使用，避免压电元件某一位置发生击穿短路而导致整个压电元件失效。

实施例二

参照图2，示出了本实用新型实施例的一种压电振动器的平面示意图，图3示出了本实用新型实施例的一种压电振动器的结构示意图，图3为图2沿截面a-a’的剖视图。

本实用新型实施例提供了一种压电振动器，包括衬底20以及设置在衬底20上的多个上述的压电元件10。

其中，衬底20可以为柔性衬底，也可以为刚性衬底，例如，柔性衬底的材料可以为pi(polyimide，聚酰亚胺)、pet(polyethyleneterephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)或者pdms(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)，刚性衬底实际上可以为玻璃衬底。

在衬底20上设置有多个压电元件10，具体的，衬底20设置在第一电极11远离压电结构12的一侧，即衬底20直接与压电元件10中的第一电极11接触。

进一步的，压电振动器还包括覆盖衬底20和各个压电元件10的绝缘层30，绝缘层30具有与每个压电元件10对应的第一过孔和第二过孔；压电振动器还包括设置在绝缘层30远离压电元件10一侧的走线层，走线层包括与每个压电元件10对应的第一信号线(未在图3中示出)和第二信号线41，每条第一信号线通过第一过孔与对应的压电元件10中的第一电极11连接，每条第二信号线41通过第二过孔与对应的压电元件10中的第二电极13连接。

其中，绝缘层30的材料为氮化硅和氧化硅中的至少一者，且绝缘层30具有贯穿的多个第一过孔和多个第二过孔，每个压电元件10对应一个第一过孔和一个第二过孔，且第一过孔可使得压电元件10中的第一电极11暴露出来，第二过孔可使得压电元件10中的第二电极13暴露出来，具体的，是将第二电极13中的抗氧化层132暴露出来。

在绝缘层30上设置有多条第一信号线和多条第二信号线41，每个压电元件10对应一条第一信号线和一条第二信号线41，针对每个压电元件10，其对应的第一信号线通过第一过孔与其包括的第一电极11连接，用于向第一电极11提供第一电压，其对应的第二信号线41通过第二过孔与其包括的第二电极13连接，具体是与第二电极13中的抗氧化层132连接，第二信号线41用于向第二电极13提供第二电压。其中，第一信号线和第二信号线41的材料为导电材料，具体的，第一信号线和第二信号线41的材料为金属或合金等，例如，第一信号线和第二信号线41的材料为钛(ti)、铜(cu)或金等。

在实际使用过程中，是向各条第一信号线输入第一电压信号，从而实现向各个压电元件10中的第一电极11提供第一电压，并且，向各条第二信号线41输入第二电压信号，从而实现向各个压电元件10中的第二电极13提供第二电压，且第一电压和第二电压不相等，压电元件10中的压电结构12在第一电压和第二电压的控制下进行振动，从而实现触觉再现。

需要说明的是，针对压电振动器中的任意两个相邻的压电元件10，其第一电极11和第二电极12之间断开设置，通过绝缘层30进行绝缘，从而可单独控制每个压电元件10的振动。

在本实用新型实施例中，通过采用导电层和抗氧化层作为压电元件的顶电极，在压电元件中的压电结构发生击穿短路时，基于短路产生的大量热量使得导电层融化，则抗氧化层和导电层会形成固溶体，缺失抗氧化层的导电层会发生氧化反应变为绝缘材料，使得压电元件的击穿位置从短路变为断路，而压电元件的其他位置可以正常使用，避免压电元件某一位置发生击穿短路而导致整个压电元件失效。

实施例三

参照图4，示出了本实用新型实施例的一种压电振动器的制作方法的流程图，具体可以包括如下步骤：

步骤401，在衬底上形成多个第一电极。

在本实用新型实施例中，首先，提供一衬底20，该衬底20可以为柔性衬底，也可以为刚性衬底，然后，在衬底20上采用构图工艺形成多个第一电极11。

具体的，先在衬底20上沉积第一电极薄膜，对第一电极薄膜在氮气环境下进行高温退火处理，来降低第一电极薄膜的电阻率，然后，在第一电极薄膜上涂覆光刻胶，对光刻胶曝光显影，接着对光刻胶去除区域处的第一电极薄膜进行刻蚀，并去除残留的光刻胶，从而实现在衬底20上形成多个第一电极11，第一电极11的材料为氧化铟锡。

步骤402，在每个所述第一电极上形成压电结构。

在本实用新型实施例中，在衬底20上形成多个第一电极11之后，在每个第一电极11上形成压电结构12。

具体的，先采用干法镀膜或溶胶凝胶法(sol-gel)形成压电薄膜，然后将形成有压电薄膜的结构放置在550℃至650℃空气环境下进行高温退火处理，实现pzt晶粒的生长，从而形成良好的固溶相，接着在压电薄膜上涂覆光刻胶，对光刻胶曝光显影，接着对光刻胶去除区域处的压电薄膜进行刻蚀，从而实现在每个第一电极11上形成压电结构12。

步骤403，在每个所述压电结构上形成导电层。

在本实用新型实施例中，在每个第一电极11上形成压电结构12之后，在每个压电结构12上形成导电层131。

具体的，先沉积导电层薄膜，在导电层薄膜上涂覆光刻胶，对光刻胶曝光显影，接着对光刻胶去除区域处的导电层薄膜进行刻蚀，并去除残留的光刻胶，从而实现在每个压电结构12上形成导电层131。

步骤404，在每个所述导电层上形成抗氧化层，以得到多个压电元件；其中，所述导电层，被配置为当所述压电元件发生击穿短路时，在所述压电元件的击穿位置与所述抗氧化层发生固溶，并氧化生成绝缘材料。

在本实用新型实施例中，在每个压电结构12上形成导电层131之后，在每个导电层131上形成抗氧化层132，从而制作得到多个压电元件10。

具体的，先沉积抗氧化层薄膜，在抗氧化层薄膜上涂覆光刻胶，对光刻胶曝光显影，接着对光刻胶去除区域处的抗氧化层薄膜进行刻蚀，并去除残留的光刻胶，从而实现在每个导电层131上形成抗氧化层132。

需要说明的是，在每个第一电极11上形成压电结构12之后，也可以依次沉积导电层薄膜和抗氧化层薄膜，在抗氧化层薄膜上涂覆光刻胶，对光刻胶曝光显影，接着对光刻胶去除区域处的抗氧化层薄膜和导电层薄膜进行刻蚀，并去除残留的光刻胶，从而实现在每个压电结构12上形成导电层131，并在每个导电层131上形成抗氧化层132。

其中，导电层131的材料为铟，抗氧化层132的材料为金；导电层131，被配置为当压电元件10发生击穿短路时，在压电元件10的击穿位置与抗氧化层132发生固溶，并氧化生成绝缘材料。

在本实用新型一种可选的实施方式中，在步骤402之后还包括：在每个所述压电结构上形成黏附层；所述导电层位于所述黏附层远离所述压电结构的一侧。

在每个第一电极11上形成压电结构12之后，先在每个压电结构12上形成黏附层133，黏附层133的材料为镍。具体的，先沉积黏附层薄膜，在黏附层薄膜上涂覆光刻胶，对光刻胶曝光显影，接着对光刻胶去除区域处的黏附层薄膜进行刻蚀，并去除残留的光刻胶，从而实现在每个压电结构12上形成黏附层133；接着，在每个黏附层133上通过一次构图工艺形成导电层131，此时，导电层131位于黏附层133远离压电结构12的一侧；最后，在每个导电层131上通过一次构图工艺形成抗氧化层132。

此时，第二电极13包括层叠设置在压电结构12远离第一电极11一侧的黏附层133、导电层131和抗氧化层132，且黏附层133、导电层131和抗氧化层132沿垂直于第一电极11所在平面的方向上依次远离第一电极11设置。

需要说明的是，当第二电极13包括层叠设置的黏附层133、导电层131和抗氧化层132时，也可以直接依次沉积黏附层薄膜、导电层薄膜和抗氧化层薄膜，在抗氧化层薄膜上涂覆光刻胶，对光刻胶曝光显影，接着对光刻胶去除区域处的抗氧化层薄膜、导电层薄膜和黏附层薄膜进行刻蚀，并去除残留的光刻胶，从而实现在每个压电结构12上形成黏附层133，在每个黏附层133上形成导电层131，并在每个导电层131上形成抗氧化层132。

在本实用新型一种可选的实施方式中，在步骤404之后还包括：形成覆盖所述衬底和各个所述压电元件的绝缘层；所述绝缘层具有与每个所述压电元件对应的第一过孔和第二过孔；在所述绝缘层远离所述压电元件的一侧形成走线层；所述走线层包括与每个所述压电元件对应的第一信号线和第二信号线，每条所述第一信号线通过所述第一过孔与对应的所述压电元件中的所述第一电极连接，每条所述第二信号线通过所述第二过孔与对应的所述压电元件中的所述第二电极连接。

在衬底20上制作得到多个压电元件10之后，形成覆盖衬底20和各个压电元件10的绝缘层30，绝缘层30具有与每个压电元件10对应的第一过孔和第二过孔。具体的，是先沉积绝缘层30，在绝缘层30上涂覆光刻胶，对光刻胶曝光显影，接着对光刻胶去除区域处的绝缘层30进行刻蚀，并去除残留的光刻胶，从而形成贯穿绝缘层30的第一过孔和第二过孔。

在形成覆盖衬底20和各个压电元件10的绝缘层30之后，在绝缘层30上采用构图工艺形成走线层，走线层包括与每个压电元件10对应的第一信号线(未在图3中示出)和第二信号线41，每条第一信号线通过第一过孔与对应的压电元件10中的第一电极11连接，用于向第一电极11提供第一电压，每条第二信号线41通过第二过孔与对应的压电元件10中的第二电极13连接，用于向第二电极13提供第二电压。

此外，在衬底20上形成多个压电元件10之后，还需要对压电元件10进行极化处理，以提高压电元件10中的压电结构12的压电常数，使得压电元件10具有良好的压电特性。

需要说明的是，可以在形成绝缘层30和走线层之前，对压电元件10进行极化处理，也可以在形成绝缘层30和走线层之后，对压电元件10进行极化处理，关于极化处理的具体步骤，本实用新型实施例对此不做限制。

在本实用新型实施例中，通过采用导电层和抗氧化层作为压电元件的顶电极，在压电元件中的压电结构发生击穿短路时，基于短路产生的大量热量使得导电层融化，则抗氧化层和导电层会形成固溶体，缺失抗氧化层的导电层会发生氧化反应变为绝缘材料，使得压电元件的击穿位置从短路变为断路，而压电元件的其他位置可以正常使用，避免压电元件某一位置发生击穿短路而导致整个压电元件失效。

实施例四

本实用新型实施例还提供了一种电子设备，包括上述的压电振动器。

关于压电振动器的具体描述可以参照实施例二和实施例三的描述，本实用新型实施例对此不再赘述。

在实际产品中，电子设备可以为显示装置，显示装置包括显示面板和上述的压电振动器，压电振动器可设置在显示面板的出光侧，使得该显示装置可同时实现显示功能和触觉再现功能。

当然，本实用新型实施例的电子设备不局限于显示装置，其还可以为任何具有触觉再现功能的产品或部件。

在本实用新型实施例中，通过采用导电层和抗氧化层作为压电元件的顶电极，在压电元件中的压电结构发生击穿短路时，基于短路产生的大量热量使得导电层融化，则抗氧化层和导电层会形成固溶体，缺失抗氧化层的导电层会发生氧化反应变为绝缘材料，使得压电元件的击穿位置从短路变为断路，而压电元件的其他位置可以正常使用，避免压电元件某一位置发生击穿短路而导致整个压电元件失效。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本实用新型并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本实用新型，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本实用新型所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的一种压电元件、压电振动器及电子设备，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。