JPH02134883A - 導電性表面層 - Google Patents

導電性表面層

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JPH02134883A
JPH02134883A JP1228456A JP22845689A JPH02134883A JP H02134883 A JPH02134883 A JP H02134883A JP 1228456 A JP1228456 A JP 1228456A JP 22845689 A JP22845689 A JP 22845689A JP H02134883 A JPH02134883 A JP H02134883A
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JP
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metal
piezoelectric element
electrode
piezoelectric
periodic table
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JP1228456A
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English (en)
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Uwe Maixner
ウーヴェ アイクスナー
Dieter Milferstaedt
ディーター ミルファーシュテット
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GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Original Assignee
GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/87Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/877Conductive materials
    • H10N30/878Conductive materials the principal material being non-metallic, e.g. oxide or carbon based
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N15/00Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
    • H10N15/10Thermoelectric devices using thermal change of the dielectric constant, e.g. working above and below the Curie point

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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば電極を形成するための導電性表面層に
関するものである。
〔従来の技術と問題点〕
例えば振動水晶のような圧電要素は、通常互いにほぼ平
行に対向する平面的な層状の2個の電極を有している。
これらの電極は従来例えば金、クロム、銀のような貴金
属、もしくはタングステン、或いは他の各種金属の組み
合わせから成っていた。
また前記電極は、上記金属材料から、いくつかの積層さ
れた層として形成することもできる。ところで1層状の
平面的な電極を形成している間に、即ち蒸着等によって
電極を製造している間に、その際生じる熱的負荷が大き
すぎるために部分的に圧電要素のキューリー点に達し、
場合によってはそれを越えることがある。これによって
圧電要素の消極が生じる。キューリー点に達しこれを越
えると、圧電要素はその特有の圧電特性を少なくとも部
分的に失なってしまう。一般に、キューリー点の半分の
温度を越えることは望ましくない。従来の圧電要素の製
造における他の欠点は、通常金属から形成される電極の
全面もしくはその一部が接着強度及び耐摩耗性に不足し
、場合によっては電極面の導電性が経時的に変化するこ
とである。
導電性の経時的変化は、電極面の一部もしくは全面に見
られることもある。さらに、圧電要素の上に電極を形成
する従来の方法の欠点は、金属部が厚いために(銀の場
合2X10”maまで)、圧電要素の振動特性を機械的
に比較的大きく低下させることにあり、これに関連した
金属電極の質量慣性にある。
いくつかの圧電要素を積層する場合の他の欠点は、金属
電極が厚い場合に生じるスリット弾性(Spaltfe
derung)である。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の課題は、従来の欠点を解消し、従来よりも安価
に制造でき、従って例えば振動水晶の振動特性が改善さ
れ、振動回路の品質が向上し、従来のこの種の要素に比
べて老化率を減少させることができるような導電性表面
層を提供することである。
〔課題を解決するための手段及び効果〕本発明は、上記
課題を解決するため、圧電要素、ピロ電気性要素、強誘
電性要素、高圧セラミック要素等に、少なくとも元素周
期表の第IIIないし第1群に属する金属の導電性硬質
物質から成る層を形成せしめたことを特徴とするもので
ある。
本発明にしたがって形成される圧電要素の利点は、圧電
要素の理論的に可能な諸性質が近似的に得られ、より厳
密には、圧電要素の消極を阻止することができ、且つ従
来の金属電極で質量慣性によって生じていた機械的な緩
衝を防止できることである。さらに従来の圧電要素の場
合のように電極を層状に形成するものに比べて、製造コ
ストを著しく低減させることができる。
本発明によれば、構成要素の表面を緊密に且つ均質に被
覆した、電極もしくは電極層としての導電性表面層の構
成も可能である。従って、荷電を全面にわたって支障な
く誘導し、または供給することが可能である。本発明に
よれば、構成要素が高振動数で機械的な運動(振動)を
実施しているにもかかわらず、構成要素と表面層(電極
もしくは電極層)との間の相境界部においては、緊密な
且つ均質な被覆部が長期使用後も保持される。それによ
って、局部的に高い負荷が例えば振動水晶を損傷させた
り、或いは酸化等により表面層(電極層)が損傷したり
することがない。表面層(ffi極)がマイクロ範囲で
全面にて振動し且つ接着部が破断されていない限りは1
局部的な大きな負荷が水晶を損傷させたり、金g、を極
が局部的な除電過程の間に例えば酸化により損傷をうけ
て変化することが避けられる。
マイクロ範囲におけるこの種の局部的な除荷はフリッテ
イング(Fritten)に比較可能な現象を生じさせ
るだけでなく、これに関連して強い温度勾配がある場合
には、例えば水晶とクロム(接着手段として)と金の組
み合わせの場合には、金属層の間に熱応力が生じ、これ
は無視することができない(雑音信号が大きくなる)。
本発明の有利な実施態様によれば、硬質物質は窒化物、
炭化物、ケイ化物、またはホウ化物によって形成される
。しかし基本的には、他の任意の適当な硬質物質または
硬質物質混合物も可能である。また、本発明による電極
をいくつかの層から形成し、これら、の層を元素周期表
の第IIIないし第1群に属する前記金属の異なる硬質
物質で構成することもできる。この場合側々の層は硬質
物質の異なる金属ベースから成ることができる。硬質物
質の基礎となついる金属は、少なくともチタン。
ジルコニウム、クロム、タンタル、モリブデン、バナジ
ウム、ハフニウム、ニオブ、タングステン、ニッケル、
または鉄であることができる。
基本的には、硬質物質として硬質物質混合物を使用する
こともできる。この場合、硬質物質の混合物は少なくと
もチタンカーボニトリツド(Titancarboni
trid) 、ジルコンカーボニトリツド(Zirko
ncarbonitrid) 、チタンポルニドリッド
(Titanbornitrid) 、チタンジルコン
ニドリッド(Titanzirkonnitrid) 
、及びチタンジルコンカーボニトリッド(Titanz
irkoncarbonitrid)である。
また金属が、少なくとも元素周期表の第IIIないし1
群に属する金属の金属混合物であることも有利である。
この場合も層状に構成される電極を形成することができ
る。その際、金属の異なる硬質物質が個々の層を形成す
ることができ、或いは異なった金属混合物を金属ベース
として利用することもできる。金属は少なくともチタン
、ジルコニウム、バナジウム、タンタル、ハフニウム、
ニオブ、タングステン、クロム、モリブデン、二ツケル
、または鉄である。
本発明の有利な実施態様によれば、硬質物質及び/また
は硬質物質混合物が非化学量論的な原子構造及び/また
は分子構造を有している(いわゆる沈着結合)。
1つの層状の構造体を選定する場合には、それぞれ構成
要素本体上で層状の平らな電極を形成している個々の層
を任意に適宜組み合わせることも可能である。
硬質物質層の上に、少なくとも元素周期表の第1ないし
■群に属する金属から構成される層を少なくとも部分的
に形成することが可能である。この場合、金属層が導線
を取付けるために少なくとも部分的に導電性を有するよ
うに、金属層を形成するのが有利である。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例を添付の図面を用いて説明する。
第1図に図示した圧電要素10は本実施例では振動水晶
を形成しており、水晶体(ディスク)11を有している
。水晶体11の横断面はほぼ長方形である。水晶体11
の、互いにほぼ平行に対向している2つの側面110,
111には、それぞれ電極12.13が設けられている
。電極12゜13はそれぞれ元素周期表の少なくとも第
IIIないし第1群の金属に属する硬質物質から形成さ
れる。
硬質物質は窒化物、炭化物、ケイ化物、或いホウ化物で
あるのが有利である。
金属は金属元素である必要はなく、元素周期表の少なく
とも第IIIないし第1群の金属の金属混合物であって
もよい。
第1図に図示した。振動水晶として形成された圧電要素
10は他の適当な任意の横断面を有することができる。
圧電要素10の横断面形状は、該圧電要素10に対して
希望する振動特性及び圧電特性に依存して決定する6 超音波範囲で作動する電子音響式流量計に第1図に図示
した振動水晶を用いると極めてすぐれた振動特性を示す
ことが判明した。この振動特性は、理論的に求めた圧電
要素の特性に非常に近似している。このようなすぐれた
振動特性を得るため、図面から明らかなように、電極1
3に比べて面積がより大きな電極12の稜領域14は、
該電極12の平面部とある角度で交わっている。稜領域
14も少なくとも部分的に電極12によって蔽われる。
稜領域14の面取り部は、電極12の平面部に対して域
えば30″の角度で形成することができる。この場合、
図面には詳細に図示していないが、電極12の平面部へ
至る面取り部の頂部もわずかに丸く形成することができ
る。さらに、(下側の)電極13の延長される面と、水
晶体11の。
図で鉛直方向に延びる面との間にある稜もわずかに丸く
なるように面取りすることができる。
本発明により1例えば圧電要素、ピロ電気性要素、強誘
電性要素、及び高圧セラミック要素等のための電極材料
として全く新規の材料が提供される。本発明による導電
性表面層により、従来得られなかった多くの特性が得ら
れる。そのいくつかを以下に示す。
権豊左 例えば厚さが約5×10″″4ffElの窒化チタン(
TiN)の水晶体上での、即ち電極または層表面上での
粘着力は、金・クロムの水晶体上での粘着力に比べて著
しく高くなった。電極の粘着力が弱いことによる「島呪
象(Inseln) Jは窒化チタンの場合観察されな
かったが、金・クロム・水晶被覆ではしばしば観察され
た。本発明による層は例えばワイヤーブラシ或いは同種
の工具を用いても剥煎せず、損傷すらしない。
耐摩耗性 例えば窒化チタンで被覆したドリル、フライス工具、旋
削バイト等の工具から知られているように、約5X10
−’lll11の厚さの窒化チタン層には耐摩耗性があ
る。このことは、例えば圧電要素において導電層(電極
)に耐摩耗性が要求される場合に有利である(電圧要素
の厚さを高周波により変化させると磨滅することがある
)、振動水晶において超音波発生用に設けられる電極は
接触部において摩耗により解体し、よって使用不能にな
ることがll!察された。これに対して、本発明にしだ
がって形成された導電性表面層(厚さが5 X I O
””閣の窒化チタン電極)は長期間使用しても摩耗を示
さず、むしろ電極対向部材に摩耗が[1されたにすぎな
かった。
電気抵抗 さらに、水晶に被覆されたわずか5X10−’mm厚の
本発明による窒化チタン表面層は、長時間使用しても、
ベースにクロムを用いた従来の約5×1O−3on厚の
金被覆層よりもかなり低い電気抵抗を示すことが判明し
た。これは、すでに金属を被覆する段階で、及び使用段
階でも金属の表面特性が貯蔵、取付け、触媒反応により
高抵抗になるからである。これによって、隔雛された「
島部分(Inseln) Jと内層(Einschli
;5sen)上に観察される堆積物(荷電粒子の堆積物
、寄生付加容量parasit:ire Zusatz
kapazitHten)が、振動回路の特性を基本的
に劣化させる。これに対して、本発明による、化学的に
特に不活性で低電気抵抗の窒化チタン硬質物質層では、
このような現像は11?;lされなかった。
電極の重量 例えば振動水晶の場合、厚の厚さは約5×10膿で十分
であることが経験的にわかっているので、電極の重量は
約5X10’″3III11厚の金被覆層に比べてファ
クタ50だけ軽くなる。電極の重量が軽くなると、振動
体のダンピングが減少し、製品を改善させることができ
る。また硬質物質が最適に被覆されるので、特殊金属に
よる被覆に比べて安価に製造できる。
スリットによる弾性 「厚い弾性的な」金屑電極とは異なり、本発明による薄
い窒化チタン電極は、水晶と比較できるほどの弾性を有
し、従って例えば圧電要素を積層した場合に生じる望し
くないスリット弾性を防止することができる。
次に1本発明の実施態様を列記しておく。
(1)硬質物質が窒化物、炭化物、ケイ化物、ホウ化物
であることを特徴とする請求項1に記載の導電性表面層
(2)硬質物質が窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化
クロム、炭化チタン、炭化ジルコニウム。
炭化タンタル、ケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケ
イ化モリブデン、ホウ化チタン、ホウ化クロム、ホウ化
ジルコニウムであることを特徴とする、上記第1項に記
載の導電性表面層。
(3)硬質物質の基礎となる金属が少なくともチタン、
ジルコニウム、クロム、タンタル、モリブデン、バナジ
ウム、ハフニウム、ニオブ、タングステン、ニッケル、
または鉄であることを特徴とする、上記第1項または第
2項に記載の導電性表面層。
(4)硬質物質が硬質物質の混合物であることを特徴と
する請求項1または上記第1項から第3項までのいずれ
か1つに記載の導電性表面層。
(5)硬質物質の混合物が少なくともチタンカーボニト
リッド、ジルコンカーボニトリッド、チタンポルニドリ
ッド、チタンジルコンニドリッド、及びチタンジルコン
カーボニトリッドを含んでいることを特徴とする、上記
第4項に記載の導電性表面層。
(6)金属が、少なくとも元素周期表の第IIIないし
1群に属する金属の金属混合物であることを特徴とする
請求項1または上記第1項から第5項までのいずれか1
つに記載の導電性表面層。
(7)金属が少なくともチタン、ジルコニウム。
バナジウム、タンタル、ハフニウム、ニオブ、タングス
テン、クロム、モリブデン、ニッケル、または鉄である
ことを特徴とする、上記第6項に記載の導電性表面層。
(8)硬質物質及び/または硬質物質混合物が非化学量
論的な原子構造及び/または分子構造を有していること
を特徴とする請求項1または上記第1項から第7項まで
のいずれか1つに記載の導電性表面層。
(9)層(12,13)と構成要素との間に1元素周期
表の少なくとも第IIIないし1群に属する金属から構
成される少なくとも1つの層(15,16)を形成した
ことを特徴とする請求項1または上記第1項から第4項
までのいずれか1つに記載の導電性表面層。
(lO)硬質物質層の上に、少なくとも元素周期表の第
1ないし1群に属する金属から構成される層(17,1
8)を少なくとも部分的に形成したことを特徴とする請
求項1または上記第1項から第9項までのいずれか1つ
に記載の導電性表面層。
(11)前記金属の層(17,18)がろう付は可能な
性質をもっていることを特徴とする、上記第10項に記
載の導電性表面層。
【図面の簡単な説明】
第1図は振動水晶として形成され、互いに対向している
2つの電極を備えた圧電要素の側面図、第2図は付加的
な金属中間層を備えている要素の側面図、第3図は硬質
物質層の上に付加的な金属被覆層を備えた要素の側面図
である。 10・・・構成要素 11・・・水晶体 12゜ 13・・・電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)圧電要素、ピロ電気性要素、強誘電性要素、高圧
    セラミック要素等に、少なくとも元素周期表の第IIIな
    いし第VIII群に属する金属の導電性硬質物質から成る層
    (12,13)を形成せしめたことを特徴とする導電性
    表面層。
JP1228456A 1988-09-06 1989-09-05 導電性表面層 Pending JPH02134883A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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DE3830174A DE3830174A1 (de) 1988-09-06 1988-09-06 Leitfaehige oberflaechenschicht
DE3830174.1 1988-09-06

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EP (1) EP0358040B1 (ja)
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