JPS6119218A - 圧電素子 - Google Patents
圧電素子Info
- Publication number
- JPS6119218A JPS6119218A JP59139004A JP13900484A JPS6119218A JP S6119218 A JPS6119218 A JP S6119218A JP 59139004 A JP59139004 A JP 59139004A JP 13900484 A JP13900484 A JP 13900484A JP S6119218 A JPS6119218 A JP S6119218A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- gold
- zinc oxide
- piezoelectric element
- chromium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
- G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/877—Conductive materials
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は酸化亜鉛ＺｎＯを用いた薄膜圧電素子に関する
ものである。
ものである。
酸化亜鉛は厚み縦振動の電気機械結合係数がバルクの場
合で０．３０と割合に大きく、比較的容易に薄膜化でき
るために、高周波超音波変換器として広く応用されてい
る。製造方法としては、化学篤相成長法（ＣＶＤ法）、
スパッタリング法などがあるが、スパッタリング法が主
流である。スパッタリング法にも直流スパッタリング、
高周波スパッタリングがあり、酸化亜鉛そのものをター
ゲットとしてスパッタリングを行う方法、亜鉛板をター
ゲットとして酸素雰囲気中でスパッタリングを行う反応
性スパッタリングなど作成方法は多様であるが、いずれ
の方法を用いても薄膜化したことによる特性の劣下が避
けられない。
合で０．３０と割合に大きく、比較的容易に薄膜化でき
るために、高周波超音波変換器として広く応用されてい
る。製造方法としては、化学篤相成長法（ＣＶＤ法）、
スパッタリング法などがあるが、スパッタリング法が主
流である。スパッタリング法にも直流スパッタリング、
高周波スパッタリングがあり、酸化亜鉛そのものをター
ゲットとしてスパッタリングを行う方法、亜鉛板をター
ゲットとして酸素雰囲気中でスパッタリングを行う反応
性スパッタリングなど作成方法は多様であるが、いずれ
の方法を用いても薄膜化したことによる特性の劣下が避
けられない。
酸化亜鉛は非晶質基板上にほぼＣ軸配向した多結晶膜が
形成されるが、結晶性及び基板に対するＣ軸配向性の優
れた酸化亜鉛薄膜はど電気機械結合係数が高い。したが
って、結晶性及びＣ軸配向性の良い酸化亜鉛薄膜を形成
することが重要であり、この点に着目して最適作成条件
を求める研究が数多く行われている。
形成されるが、結晶性及び基板に対するＣ軸配向性の優
れた酸化亜鉛薄膜はど電気機械結合係数が高い。したが
って、結晶性及びＣ軸配向性の良い酸化亜鉛薄膜を形成
することが重要であり、この点に着目して最適作成条件
を求める研究が数多く行われている。
一方、圧電素子を構成するためには、電圧を印加するた
めの電極が必要であり、その電極材としては、導電性、
安定性に優れた金Ａｕを用いるのが最も一般的である。
めの電極が必要であり、その電極材としては、導電性、
安定性に優れた金Ａｕを用いるのが最も一般的である。
しかし、石英ガラス等の基板上に直接糸膜を形成したの
では付着強度が弱いため、クロムＣｒ、チタンＴ」、ア
ルミニウムＡ１等の層を予め形成し、その上に金膜を形
成するのが通例である。
では付着強度が弱いため、クロムＣｒ、チタンＴ」、ア
ルミニウムＡ１等の層を予め形成し、その上に金膜を形
成するのが通例である。
電極材として金を用いた酸化亜鉛薄膜超音波変換器の感
度が金膜の特性に依存することはＰｒｏｃ、 Ｉ Ｅ
Ｅ Ｅ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ ５ｙｉｎｐｏｓｉｕ
ｎ＋１９／Ｉ （１９７２）における Ｒ、Ｗａｇｅｒ
ｓ 、 Ｇ 、 Ｋ ｉｎｏらによる” Ｚ ｎ ＯＡ
ｃｏｕｓｔｉｃ Ｔ ｒｃｉｎｓｄｕｃｅｒｓＵ七ｉ
ｌｉｚｉｎｇ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｇ ｏｌ
ｄ Ｓ ｕｂｓｔｒａ” と題する文献において論
じられている。しかし、電気音響変換効率の高い超音波
変換器を構成するために必要な金膜の作成条件について
は、定量的に明らかになっていない。
度が金膜の特性に依存することはＰｒｏｃ、 Ｉ Ｅ
Ｅ Ｅ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ ５ｙｉｎｐｏｓｉｕ
ｎ＋１９／Ｉ （１９７２）における Ｒ、Ｗａｇｅｒ
ｓ 、 Ｇ 、 Ｋ ｉｎｏらによる” Ｚ ｎ ＯＡ
ｃｏｕｓｔｉｃ Ｔ ｒｃｉｎｓｄｕｃｅｒｓＵ七ｉ
ｌｉｚｉｎｇ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｇ ｏｌ
ｄ Ｓ ｕｂｓｔｒａ” と題する文献において論
じられている。しかし、電気音響変換効率の高い超音波
変換器を構成するために必要な金膜の作成条件について
は、定量的に明らかになっていない。
そこで本発明の目的は、結晶学的特性の優れた金膜を作
成するための条件を設定して、電気音響変換効率の高い
圧電素子を再現性良く、北路的安価に得ることにある。
成するための条件を設定して、電気音響変換効率の高い
圧電素子を再現性良く、北路的安価に得ることにある。
金膜を、クロム、チタン等で被覆された非晶質基板上に
真空蒸着法等により形成すると、はぼ（１１１）配向し
た多結晶膜となる。この金膜上に酸化亜鉛薄膜を形成し
て超音波変換器を構成する場合、その変換器の感度は金
膜の配向性に大きく依存することが実験により明らかに
なった。したがって感度の高い超音波変換器を得るため
には、配向性の良好な金電極膜を形成することが重要で
ある。ところが、Ａｕ膜の下にクロム層を形成した場合
、この層の厚みが厚いとその上に形成されるＡｕ膜の配
向性が著しく悪いことが実験により明らかになった。ク
ロム層が厚い場合でも、Ａｕ膜の膜厚も非常に厚くすれ
ば配向性はやや良くなる。しかし、Ａｕは高価であり、
１μｍを越えるようなＡｕ電極は実用性に欠ける。
真空蒸着法等により形成すると、はぼ（１１１）配向し
た多結晶膜となる。この金膜上に酸化亜鉛薄膜を形成し
て超音波変換器を構成する場合、その変換器の感度は金
膜の配向性に大きく依存することが実験により明らかに
なった。したがって感度の高い超音波変換器を得るため
には、配向性の良好な金電極膜を形成することが重要で
ある。ところが、Ａｕ膜の下にクロム層を形成した場合
、この層の厚みが厚いとその上に形成されるＡｕ膜の配
向性が著しく悪いことが実験により明らかになった。ク
ロム層が厚い場合でも、Ａｕ膜の膜厚も非常に厚くすれ
ば配向性はやや良くなる。しかし、Ａｕは高価であり、
１μｍを越えるようなＡｕ電極は実用性に欠ける。
そこで１本発明になる圧電素子は比較的膜厚の薄いクロ
ム層の上に形成されたＡｕ電極膜と、さらにそのＡｕ膜
上に形成された酸化亜鉛薄膜を有することを特徴として
いる。この酸化亜鉛薄膜は結晶性及びＣ軸配向性に優れ
、したがって電気機械結合係数が大きいため、高性能素
子が実現される。
ム層の上に形成されたＡｕ電極膜と、さらにそのＡｕ膜
上に形成された酸化亜鉛薄膜を有することを特徴として
いる。この酸化亜鉛薄膜は結晶性及びＣ軸配向性に優れ
、したがって電気機械結合係数が大きいため、高性能素
子が実現される。
以下１本発明を実施例を参照しながら詳しく説明する。
第１図に示すように、１０ｍｍφＸ１０ｍｍの石英ガラ
スロッド１の両端面を光学研磨し、一方の端面に２２０
℃で極く薄いクロム膜２及び膜厚２０ｎｍ〜１μｍのＡ
ｕ膜３を真空蒸着法により形成した。このＡｕ膜をＸ線
回折で評価したところ、どの試料も（１１１）及び（２
２２）回折線が現われたが、回折線強度は試料によりか
なり差が認められた。さらに、（１１１）回折線のロッ
キングカーブを測定し、標準偏差σを計測したところ、
１〜４°の間に分布していた。この配向性の異なる金膜
上に高周波マグネトロンスパッタ法により膜厚約４μｍ
の酸化亜鉛薄膜４を形成した。
スロッド１の両端面を光学研磨し、一方の端面に２２０
℃で極く薄いクロム膜２及び膜厚２０ｎｍ〜１μｍのＡ
ｕ膜３を真空蒸着法により形成した。このＡｕ膜をＸ線
回折で評価したところ、どの試料も（１１１）及び（２
２２）回折線が現われたが、回折線強度は試料によりか
なり差が認められた。さらに、（１１１）回折線のロッ
キングカーブを測定し、標準偏差σを計測したところ、
１〜４°の間に分布していた。この配向性の異なる金膜
上に高周波マグネトロンスパッタ法により膜厚約４μｍ
の酸化亜鉛薄膜４を形成した。
スパッタ条件は、基板温度２２０°Ｃ，アルゴン−酸素
（５０％−５０％）混合ガスのガス圧を３Ｐ ａとした
。この酸化亜鉛薄膜上に３ｍｍφの穴のあいたモリブデ
ンＭｏマスクを用いて室温でクロム及び金５を蒸着し、
上部電極とした。両電極間に０．２〜１ 、２ Ｇ Ｈ
ｚのパルス電圧を印加して超音波を発生させ、石英ガラ
スロッドのもう一方の端面で反射して戻ってくる第１エ
コー強度を測定して、その周波数特性を各試料について
比較した。その結果第２図に示すように、酸化亜鉛薄膜
超音波変換器の感度は下部電極である金膜の（１１１）
回折線ロッキングカーブの標準偏差σに大きく依存する
ことが明らかになった。σが３゜以内であれば充分高い
感度が得られるが、σが３゜を越えると感度は急激に低
下する。したがって、電気音響変換特性の優れた圧電素
子を提供するためには、σが３″以内の金電極膜を用い
ることが必要である。
（５０％−５０％）混合ガスのガス圧を３Ｐ ａとした
。この酸化亜鉛薄膜上に３ｍｍφの穴のあいたモリブデ
ンＭｏマスクを用いて室温でクロム及び金５を蒸着し、
上部電極とした。両電極間に０．２〜１ 、２ Ｇ Ｈ
ｚのパルス電圧を印加して超音波を発生させ、石英ガラ
スロッドのもう一方の端面で反射して戻ってくる第１エ
コー強度を測定して、その周波数特性を各試料について
比較した。その結果第２図に示すように、酸化亜鉛薄膜
超音波変換器の感度は下部電極である金膜の（１１１）
回折線ロッキングカーブの標準偏差σに大きく依存する
ことが明らかになった。σが３゜以内であれば充分高い
感度が得られるが、σが３゜を越えると感度は急激に低
下する。したがって、電気音響変換特性の優れた圧電素
子を提供するためには、σが３″以内の金電極膜を用い
ることが必要である。
次に、クロム、金の膜厚を変化させて多数の試料を形成
し、金の（１１１）回折線ロッキングカーブのσを計測
した。第３図に示すように、クロムの膜厚ｔ（Ｃｒ）＝
５０ ｎｍ （曲線１０）の時は、金の膜厚を１μｍ以
上にしてもσは４″を越えており、酸化亜鉛薄膜変換器
の電極としては不適当である。、１（Ｃｒ）＝３０ｎｍ
（曲線１１）では、金の膜厚を１μｍ以上とすればσ
が３°以下のものが得られる。ｉ （Ｃｒ）＜ ２０
ｎ ｍ （曲線１２゜１３）とすれば、金の膜厚は比較
的薄くてもσく３°となり、配向性の十分良好な金膜を
得るのが容易である。特に１１ （Ｃｒ）＝： １０
ｎｍ （曲線１３）では金膜の膜厚は０．１μ丁ｎ程度
で良く、非常に実用的である。
し、金の（１１１）回折線ロッキングカーブのσを計測
した。第３図に示すように、クロムの膜厚ｔ（Ｃｒ）＝
５０ ｎｍ （曲線１０）の時は、金の膜厚を１μｍ以
上にしてもσは４″を越えており、酸化亜鉛薄膜変換器
の電極としては不適当である。、１（Ｃｒ）＝３０ｎｍ
（曲線１１）では、金の膜厚を１μｍ以上とすればσ
が３°以下のものが得られる。ｉ （Ｃｒ）＜ ２０
ｎ ｍ （曲線１２゜１３）とすれば、金の膜厚は比較
的薄くてもσく３°となり、配向性の十分良好な金膜を
得るのが容易である。特に１１ （Ｃｒ）＝： １０
ｎｍ （曲線１３）では金膜の膜厚は０．１μ丁ｎ程度
で良く、非常に実用的である。
以上説明したように本発明によれば、膜厚３０ｎｍ以下
のクロム膜の上に金膜を形成することによりその膜厚が
１μｍ程度でも配向性の良好なものが得られ、したがっ
てこの電極上に酸化亜鉛薄膜を形成して変換器を構成す
れば、電気音響変換効率の高い圧電素子を安定に、また
比較的安価に提供できることは明らかである。特に、ク
ロム膜が１０ｎｍ以下では、配向性の良好な金膜が容易
に得られることも明らかである。
のクロム膜の上に金膜を形成することによりその膜厚が
１μｍ程度でも配向性の良好なものが得られ、したがっ
てこの電極上に酸化亜鉛薄膜を形成して変換器を構成す
れば、電気音響変換効率の高い圧電素子を安定に、また
比較的安価に提供できることは明らかである。特に、ク
ロム膜が１０ｎｍ以下では、配向性の良好な金膜が容易
に得られることも明らかである。
第１図は、素子の構造を示す断面図。
第２図は、下部金電極膜のＡｕ（１１１）ロッキングカ
ーブの標準偏差σと素子の感度を示す特性曲線。 第３図は、クロムの膜厚をパラメータとして、金の（１
１１）ロッキングカーブの標準偏差σの膜厚依存性を示
した図である。 ■・・基板、２・・クロム膜、３・・・金膜、４・・・
酸化亜鉛薄膜、５・・・」二部電極。 箋２図 に３圓 九の１４Ｌヱ轄ｍ）
ーブの標準偏差σと素子の感度を示す特性曲線。 第３図は、クロムの膜厚をパラメータとして、金の（１
１１）ロッキングカーブの標準偏差σの膜厚依存性を示
した図である。 ■・・基板、２・・クロム膜、３・・・金膜、４・・・
酸化亜鉛薄膜、５・・・」二部電極。 箋２図 に３圓 九の１４Ｌヱ轄ｍ）
Claims (1)
- 基板上のクロム及び金電極膜、高周波スパッタリング法
により形成された酸化亜鉛薄膜、およびその上に形成さ
れた上部電極からなる圧電素子において、該クロム層の
厚さが３０ｎｍ以下であることを特徴とする圧電素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59139004A JPS6119218A (ja) | 1984-07-06 | 1984-07-06 | 圧電素子 |
| US06/712,852 US4692653A (en) | 1984-03-23 | 1985-03-18 | Acoustic transducers utilizing ZnO thin film |
| GB08507003A GB2157075B (en) | 1984-03-23 | 1985-03-19 | Acoustic transducers utilizing zno thin film |
| DE19853510247 DE3510247A1 (de) | 1984-03-23 | 1985-03-21 | Wandler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59139004A JPS6119218A (ja) | 1984-07-06 | 1984-07-06 | 圧電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6119218A true JPS6119218A (ja) | 1986-01-28 |
Family
ID=15235229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59139004A Pending JPS6119218A (ja) | 1984-03-23 | 1984-07-06 | 圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6119218A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005136115A (ja) * | 2003-10-30 | 2005-05-26 | Tdk Corp | 電子デバイス及びその製造方法 |
| JP2006186831A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Kyocera Kinseki Corp | 圧電薄膜デバイス及びその製造方法 |
-
1984
- 1984-07-06 JP JP59139004A patent/JPS6119218A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005136115A (ja) * | 2003-10-30 | 2005-05-26 | Tdk Corp | 電子デバイス及びその製造方法 |
| JP2006186831A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Kyocera Kinseki Corp | 圧電薄膜デバイス及びその製造方法 |
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