JP7490796B2 - 圧電素子 - Google Patents
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Description
<1>
基板上に、下部電極層と、Pbを含有するペロブスカイト型酸化物層を含む圧電膜と、Inを含有するアモルファス酸化物層とをこの順に備えた圧電積層体。
<2>
アモルファス酸化物層のキャリア密度が、1×1015~1×1022個/cm3である、<1>に記載の圧電積層体。
<3>
アモルファス酸化物層が、Ga、Zn、Sn、Cu、Al、Sr、Zr、Ni及びRuのうちの少なくとも1つをさらに含む、<1>又は<2>に記載の圧電積層体。
<4>
<1>から<3>のいずれかに記載の圧電積層体と、
圧電積層体のアモルファス酸化物層上に備えられた上部電極層と、を備えた圧電素子。
図1は、一実施形態の圧電積層体5を備えた圧電素子1の層構成示す断面模式図である。図1に示すように、圧電素子1は、圧電積層体5と上部電極層18と備える。圧電積層体5は、基板11と、基板11上に積層された、下部電極層12、圧電膜15及びアモルファス酸化物層16を備える。すなわち、圧電素子1は、圧電積層体5のアモルファス酸化物層16上に上部電極層18が形成された構成である。
(Pba1αa2)(Zrb1Tib2βb3)Oc (1)
式中、Pb及びαはAサイト元素であり、αはPb以外の少なくとも1種の元素である。Zr,Ti及びβはBサイト元素である。a1≧0.5、b1>0、b2>0、b3≧0、であり、(a1+a2):(b1+b2+b3):c=1:1:3が標準であるが、ペロブスカイト構造を取り得る範囲内で標準値からずれてもよい。
また、1.3≧a1≧0.5、1.0≧b1>0、1.0≧b2>0、0.2≧b3≧0であることが好ましく、1.2≧a1≧0.9、0.6≧b1>0.3、0.6≧b2>0.3、0.15≧b3≧0.05であることがより好ましい。
基板として、両面に100nm厚の熱酸化膜付きの6インチSiウエハを用いた。基板上にスパッタにより、下部電極として20nm厚さのTiWと、100nm厚さのIrとを順次積層形成した。さらに、上記のようにして形成したTiW層とIr層とを積層してなる下部電極上に、圧電膜として、NbドープPZT膜をRF(Radio Frequency)スパッタで厚さ2μm成膜した。基板温度を550℃とし、スパッタガスはArに対してO2流量比を3%とした。RF電力を1kWとした。
Pb拡散制御層のキャリア密度の算出用のサンプルは以下のようにして作製した。
比較例1、2及び実施例1~9について、初期誘電率を計測した。なお、誘電率の測定には、アジレント社製インピーダンスアナライザを用いた。
初期誘電率を計測した後に30Vp-pの振幅、1kHzの周波数の交流電圧を印加し、一定の駆動時間駆動させた後に、再度、誘電率(駆動後誘電率)を計測した。駆動時間は72時間、駆動雰囲気は25.2℃、湿度55%環境下とした。
比較例1、2及び実施例1~9についてSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)分析を行った。Ar+イオンを照射しAu層側から切削しながら分析を行った。一例として、図2及び図3に、比較例1及び実施例1の圧電素子について、SIMSデータから得られた、Ti層もしくはアモルファス酸化物層の膜厚方向におけるPb分布を示す。比較例1におけるTi層、実施例1におけるアモルファス酸化物層はそれぞれPb拡散抑制層として圧電膜の上層に形成された層である。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (2)
- 基板上に、下部電極層と、Pbを含有するペロブスカイト型酸化物層を含む圧電膜と、Inを含有するアモルファス酸化物層とをこの順に備え、かつ、前記アモルファス酸化物層のキャリア密度が、1×1015~1×1022個/cm3である圧電積層体と、
前記圧電積層体の前記アモルファス酸化物層上に備えられた上部電極層と、を備えた圧電素子。 - 前記アモルファス酸化物層が、Ga、Zn、Sn、Cu、Al、Sr、Zr、Ni及びRuのうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項1に記載の圧電素子。
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