薄膜压电元件、薄膜压电致动器、和薄膜压电传感器以及硬盘驱动器、和喷墨打印机装置 |
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| 申请号 | CN201510035975.2 | 申请日 | 2015-01-23 | 公开(公告)号 | CN104810469B | 公开(公告)日 | 2017-09-08 |
| 申请人 | TDK株式会社; | 发明人 | 佐久间仁志; 前岛和彦; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的目的在于，通过使 薄膜 压电元件的平面形状、层构造为一定的状态下，在构成薄膜压电元件的压电薄膜的接地面具有凹凸的形状，进一步增大移位量。薄膜压电元件具备一对 电极 层和由上述一 对电极 层夹着的压电薄膜，压电薄膜和一对电极层的至少一者的界面的表面粗糙度P‑V为220nm以上500nm以下。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种薄膜压电元件，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 薄膜压电元件、薄膜压电致动器、和薄膜压电传感器以及硬盘技术领域背景技术[0002] 近年来，替代体压电材料，使用薄膜压电材料的压电元件的实用化正在进行。作为一个例子，能够列举作为利用将施加于压电薄膜的力转换为电压的压电效果的压电传感器的、陀螺仪传感器、压力传感器、脉搏传感器、冲击传感装置、麦克风等，或者利用在对压电薄膜施加电压时压电薄膜变形的逆压电效果的压电致动器的、硬盘驱动器头组件、喷墨打印头，或者同样利用逆压电效果的扬声器、蜂鸣器、谐振器等。 [0003] 当使压电材料薄膜化时，能够进行能元件的小型化，能够应用的领域扩大，并且，能够在基板上一起制作多个元件，因此，批量生产性增加。另外，在用于传感器的情况下的灵敏度的提高等性能方面的优点也较多。 [0004] 在构成薄膜压电元件的压电薄膜中，具有规定的结晶构造，由此能够获得良好的压电特性，通过进一步提高结晶性，能够进一步提高压电常数。结晶性的提高能够列举形成压电薄膜的溅射和CVD之类的成膜装置的成膜条件的最优化、和对形成压电薄膜的基底面实施处理之类的方法。 [0006] 在专利文献2中，使压电薄膜的结晶粒径和压电薄膜自身的粗糙度最优化，由此为了提高压电常数关于最佳的结晶性高的压电薄膜的形成进行阐述。 [0007] 在专利文献3中，抑制作为压电薄膜的整个面中的最大最小值的差的P-V值来提高压电常数，并且，关于具有对绝缘破坏的耐性的压电薄膜的形成进行阐述。 [0008] 专利文献1：日本特开2010-161330号公报 [0009] 专利文献2：日本特开平09-298324号公报 [0010] 专利文献3：日本特开2010-219493号公报 发明内容[0011] 发明想要解决的技术问题 [0012] 如专利文献1所示，作为用于提高压电薄膜的压电特性的方法，具有使成为压电薄膜的基底层的电极层表面的粗糙度降低的方法。 [0013] 另外，薄膜压电元件的移位量由压电薄膜和与其接触的电极层的接地面积决定，因此，具有较大的接地面是有用的。 [0014] 但是，在薄膜压电元件的平面形状或者层构造的大小被制限的情况下，根据上述2个事实，在压电薄膜的压电特性存在极限，由此薄膜压电元件的移位量产生极限。 [0015] 本发明是鉴于这样的问题而完成的，在使薄膜压电元件的平面形状、层构造为一定的状态下，能够进一步增大薄膜压电元件的移位量。 [0016] 本发明涉及的薄膜压电元件包括：一对电极层；和由上述一对电极层夹着的压电薄膜，上述压电薄膜和上述一对电极层的至少一者的界面的表面粗糙度P-V在220nm以上500nm以下。在此，表面粗糙度P-V是由表面中的最大高度(峰值P)和最小高度(谷值V)的差规定的表面粗糙度P-V值。 [0017] 该界面的表面粗糙度因在形成压电薄膜和电极层前对成为下部层的膜表面等进行机械或化学的处理而形成。另外，为在产品的状态中测定上述的界面的表面粗糙度P-V值，在将作为形成在确认对象的界面的上部的压电薄膜或者电极膜完全除去后，通过后述的方法测定。 [0018] 通过采用该构成，压电薄膜的向电极层的接地面的实际的接地面积(接触区域)变得比外观上的面积(投影面积)大，压电薄膜和电极层更能宽广地接触，因此，能够增加由接地面积决定的薄膜压电元件的移位量。 [0019] 当界面的表面粗糙度P-V超过500nm时，压电薄膜和电极层的接地面难以维持作为薄膜压电元件的平坦性，在构成薄膜压电元件的各层的成长方向上产生不均。在界面的表面粗糙度P-V不到220nm的情况下，不产生本发明的效果。 [0020] 在利用Ra表示上述的界面的表面粗糙度的情况下，优选Ra为90nm以上220nm以下，该表面粗糙度Ra优选比构成压电薄膜的结晶颗粒的平均结晶粒径大。在此，优选构成本发明涉及的薄膜压电元件的压电薄膜的结晶颗粒的平均结晶粒径为90nm以上200nm以下。 [0021] 通过采用该构成，能够良好地保持形成在具有规定的表面粗糙度的界面的压电薄膜的结晶性，能够增大薄膜压电元件的移位量。在此，结晶颗粒的平均结晶粒径通过观察压电薄膜的截面部分而求出，测定方法的详细在后文述说。 [0022] 在表面粗糙度Ra不到90nm的情况下，压电薄膜和电极层的接地面积的增加量不产生较大的变化，其结果，产生薄膜压电元件的移位量难以增加的问题。 [0023] 另外，在表面粗糙度Ra的值过大的情况下，压电薄膜的结晶成长向任意的方向扩散，因此，对压电特性而言重要的结晶的取向度降低。所以，为了进一步提高薄膜压电元件的移位量，优选Ra值为220nm以下。 [0024] 作为构成压电薄膜的结晶颗粒的平均结晶粒径优选90nm以上200nm以下是因为，在上述表面粗糙度Ra的范围中，能够使压电薄膜以均匀的结晶粒径成长。 [0025] 另外，随着本发明涉及的薄膜压电元件的压电薄膜的膜厚增加，对接地面的凹凸形状的移位量提高的影响度变小，因此，压电薄膜的膜厚优选3000nm以下。并且，在膜厚薄的情况下，因小孔(pin hole)和膜成长的缺陷而产生泄露电流以及绝缘耐压的降低，因此，压电薄膜的膜厚优选220nm以上。 [0026] 本发明适用于利用压电特性产生机械的移位，从平面形状或者层构造的方面出发其大小被制限的薄膜压电元件，并且，在具有即使结晶粒径小也显示良好的压电特性的铌酸钾钠类的压电薄膜的薄膜压电元件中，是有用的。 [0028] 图1是本发明涉及的第1实施方式的薄膜压电元件的构成图。 [0029] 图2是本发明涉及的第2实施方式的薄膜压电元件的构成图。 [0030] 图3A、B是本发明涉及的薄膜压电致动器的构造图。 [0031] 图4A～D是本发明涉及的薄膜压电传感器的构造图。 [0032] 图5是本发明涉及的硬盘驱动器的构造图。 [0033] 图6是本发明涉及的喷墨打印机装置的构造图。 具体实施方式[0034] 参照附图对本发明的适当的实施方式进行说明。 [0035] (薄膜压电元件) [0036] (第1实施方式) [0037] 图1表示本实施方式的薄膜压电元件10的构成。 [0038] 作为基板1能够采用单晶硅基板、Silicon on Insulator(SOI)基板、石英玻璃基板、由GaAs等形成的化合物半导体基板、蓝宝石基板、由不锈钢等形成的金属基板、MgO基板、SrTiO3基板等，特别是，从基板成本和工艺的处理的观点出发，优选单晶硅基板。基板1的厚度通常为10～1000μm。 [0040] 对下部电极层2的上表面进行表面处理，使得表面粗糙度P-V为220nm以上500nm以下，成为粗化或者凹凸状态。作为处理方法具有使用药液的湿蚀刻法、利用等离子体处理进行的干蚀刻法、利用研磨、抛光进行的机械研磨法等。该处理面的表面粗糙度Ra优选为90nm以上220nm以下。认为通过该表面处理，实质上的下部电极层的表面积增加为不处理情况下的2.5倍～4倍左右。 [0041] 在进行了表面处理的下部电极层2上形成压电薄膜3。压电薄膜3具有钙钛矿构造，形成方法为在溅射法中在Ar气气体和氧气气体的混合气氛中使用高频电源进行成膜。膜厚无特别限定，但是优选220nm以上3000nm以下。 [0042] 如上所述，作为具有钙钛矿构造的压电薄膜3，优选不含铅的铌酸钾钠类的压电薄膜。而且，通过对铌酸钾钠类的压电薄膜3添加Li(锂)、Ba(钡)、Sr(锶)、Ta(钽)、Zr(锆)、Mn(锰)等的添加元素，即使构成压电薄膜3的结晶颗粒的平均结晶粒径在90nm以上200nm以下，该压电薄膜3也显示良好的压电特性。 [0043] 而且，优选与构成该压电薄膜3的结晶颗粒的平均结晶粒径相比，上述的表面粗糙度Ra大。 [0044] 压电薄膜3的上表面进行表面处理，使得成为与下部电极层2的上表面相同的表面粗糙度。 [0045] 接着，在进行了表面处理的压电薄膜3上形成上部电极层4。上部电极层4的材料优选与下部电极层2相同的Pt、Rh。上部电极层4的膜厚优选为50～1000nm。 [0047] 此外，通过将该薄膜压电元件10的基板1除去，也能够制作仅由叠层体形成的薄膜压电元件。另外，在将叠层体图案化后，也能够利用聚酰亚胺等形成保护膜。 [0048] (第2实施方式) [0049] 使压电薄膜3的形成中的结晶成长的良好性优先的情况也适用于以下的方式。图2表示本实施方式的薄膜压电元件10’的构成。 [0050] 作为基板1与第1实施方式相同能够采用单晶硅基板、Silicon on Insulator(SOI)基板、石英玻璃基板、由GaAs等形成的化合物半导体基板、蓝宝石基板、由不锈钢等形成的金属基板、MgO基板、SrTiO3基板等，，特别是，从基板成本和工艺的处理的观点出发，优选单晶硅基板。基板1的厚度通常为10～1000μm。 [0051] 在基板1上形成下部电极层2。作为下部电极层2的材料优选Pt(白金)、Rh(铑)。下部电极层2的形成方法为蒸镀法、溅射法。下部电极层2的膜厚优选为50～1000nm。 [0052] 不对下部电极层2的上表面进行表面处理，在下部电极层2上形成压电薄膜3。压电薄膜3的构造、组成等与第1实施方式相同。 [0053] 对压电薄膜3的上表面进行表面处理，使得表面粗糙度P-V为220nm以上500nm以下，成为粗化或者凹凸状态。作为处理方法具有使用药液的湿蚀刻法、利用等离子体处理进行的干蚀刻法、利用研磨、抛光进行的机械研磨法等。该处理面的表面粗糙度Ra优选为90nm以上220nm以下。 [0054] 接着，压电薄膜3上形成上部电极层4。作为上部电极层4的材料优选与下部电极层2相同的Pt(白金)、Rh(铑)。上部电极层4的形成方法为蒸镀法、溅射法。上部电极层4的膜厚优选为50～1000nm。 [0055] 接着，利用光刻以及干蚀刻法、湿蚀刻法将包含压电薄膜3的叠层体图案化为25mm×5mm的尺寸，最后对基板1进行切断加工，得到单片化的薄膜压电元件10’。 [0056] 此外，通过将该薄膜压电元件10’的基板1除去，也能够制作仅由叠层体形成的薄膜压电元件。另外，在将叠层体图案化后，也能够利用聚酰亚胺等形成保护膜。 [0057] 并且，也能够在将基板1除去后将下部电极层2除去，进行表面处理，使得压电薄膜3的下表面成为与上表面相同的表面粗糙度，在使下表面为粗化或凹凸状态后再次在下表面上形成下部电极层。 [0058] (薄膜压电元件的评价方法) [0059] 本实施方式中的薄膜压电元件10、10’的评价方法如下所述。 [0060] ①表面粗糙度P-V的算出： [0061] 在薄膜压电元件10、10’的制造过程中，下部电极层2的形成、表面处理后以及压电薄膜3的形成、表面处理后，通过表面形状测定器测定下部电极层2、或者压电薄膜3上表面中的最大高度(峰值P)和最小高度(谷值V)。测定长在下部电极层2、压电薄膜3各自中在短边方向中心部的长边方向上优选15～18mm。 [0062] ②表面粗糙度Ra的算出： [0063] 在薄膜压电元件10、10’的制造过程中，下部电极层2的形成、表面处理后以及压电薄膜3的形成、表面处理后，利用原子力显微镜(AFM)观察任意的部位的表面状态，算出表面粗糙度Ra。观察对象范围优选5～10μm。 [0064] ③移位量的测定： [0065] 对制作出的薄膜压电元件10、10’的上下部电极层2、4间施加700Hz、3Vp-p以及20Vp-p，使用激光多普勒测振仪和示波器测定薄膜压电元件10、10’的顶端部中的移位。 [0066] ④压电薄膜的平均结晶粒径的测定： [0067] 在压电薄膜3的成膜后、或者上部电极层4的成膜后，在压电薄膜3的厚度方向上利用机械加工或者FIB将叠层体切断，利用SEM或者TEM观察其切截面。在此，设压电薄膜3的厚度为T，设观察区域的宽度为W时，观察W＝T，TxW的区域。接着，对位于构成观察区域内的压电薄膜3的结晶颗粒求出相当的圆的直径，使其加权平均值为其压电薄膜3的平均粒径。对于产品中的压电薄膜3的平均结晶粒径也能够同样求出。 [0068] (薄膜压电致动器) [0069] 图3A是作为使用上述薄膜压电元件的薄膜压电致动器的一例的硬盘驱动器(以下也称为HDD)所搭载的头组件的构成图。如该图所示，头组件200作为其主要的构成组件，包括：底板9、承重梁11、弯曲部17、作为驱动元件的第1以及第2薄膜压电元件13、以及具有头元件19a的滑块19。 [0070] 而且，承重梁11包括：例如通过束焊接等固定在底板9的基端部11b；从该基端部11b前端细状延伸的第1以及第2板簧部11c以及11d；形成在第1以及第2板簧部11c以及11d之间的开口部11e；和与第1以及第2板簧部11c以及11d相连地直线地且前端细状延伸的梁主部11f。 [0071] 第1以及第2薄膜压电元件13隔着规定的间隔各自配置在作为弯曲部17的一部分的配线用柔性基板15上。滑块19固定在弯曲部17的顶端部，伴随第1以及第2薄膜压电元件13的伸缩，进行旋转运动。 [0072] 第1以及第2薄膜压电元件13包括上部电极层、下部电极层和由该上部以及下部电极层夹着的压电薄膜，通过作为该压电薄膜使用具有较大的移位量的本发明所涉及的薄膜压电元件的压电薄膜，能够获得的足够的移位量。 [0073] 图3B是作为使用上述的薄膜压电元件的薄膜压电致动器的其它的例的喷墨打印机头的薄膜压电致动器的构成图。 [0074] 薄膜压电致动器300构成为在基材20上叠层绝缘膜23、下部电极层24、压电薄膜25以及上部电极层26。 [0075] 不供给规定的排出信号不对下部电极层24和上部电极层26之间施加电压的情况下，压电薄膜25不产生变形。设置有不被供给排出信号的薄膜压电元件的压力室21不产生压力变化，从该喷嘴27不排除墨水滴。 [0076] 另一方面，在供给规定的排出信号对下部电极层24和上部电极层26之间施加一定电压的情况下，压电薄膜25产生变形。设置有被供给排出信号的薄膜压电元件的压力室21中，该绝缘膜23较大弯曲。因此，压力室21内的压力瞬间变高，从喷嘴27排出墨水滴。 [0077] 在此，作为压电薄膜使用具有较大的移位量的本发明涉及的薄膜压电元件的压电薄膜，由此能够获得充足的移位量。 [0078] (薄膜压电传感器) [0079] 图4A是作为使用上述的薄膜压电元件的薄膜压电传感器的一例的陀螺仪传感器的构成图(平面图)，图4B是图4A的A-A线箭视截面图。 [0080] 陀螺仪传感器400是具有基部110和与基部110的一面连接的两个臂120、130的音叉振动型的角速度检测元件。该陀螺仪传感器400是将构成上述的薄膜压电元件的压电薄膜30、上部电极层31、以及下部电极层32对应音叉型振动器的形状进行精细加工而得到的部件，各部(基部110、以及臂120、130)由薄膜压电元件形成为一体。 [0081] 一方的臂120的第一主面各自形成有驱动电极层31a、31b、以及检测电极层31d。同样，在另一方的臂130的第一主面各自形成有驱动电极层31a、31b、以及检测电极层31c。这些各电极层31a、31b、31c、31d通过将上部电极层31蚀刻为规定的电极形状而得到。 [0082] 此外，整个面地形成于基部110、以及臂120、130的各自的第二主面(第一主面的背侧的主面)的下部电极层32，作为陀螺仪传感器400的接地电极发挥作用。 [0084] 当对驱动电极层31a、31b供给驱动信号时，两个臂120、130以面内振动模式进行振荡。面内振动模式是指在与两个臂120、130的主面平行的方向上两个臂120、130励振的振动模式。例如，一方的臂120在-X方向上以速度V1励振时，另一方的臂130在+X方向上以速度V2励振。 [0085] 在该状态下，陀螺仪传感器400以Z轴为旋转轴被施加角速度ω的旋转时，在与振动方向正交的方向上对两个臂120、130的各自作用柯氏力，以面外振动模式开始励振。面外振动模式是指在与两个臂120、130的主面正交的方向上两个臂120、130励振的振动模式。例如，当作用在一方的臂120的柯氏力F1为-Y方向时，作用在另一方的臂130的柯氏力F2为+Y方向。 [0086] 柯氏力F1、F2的大小与角速度ω成比例，因此，能够通过压电薄膜30将因柯氏力F1、F2产生的臂120、130的机械的形变转换为电信号(检测信号)，并将其从检测电极层31c、31d取出，从而求得角速度ω。 [0087] 作为该压电薄膜使用具有较大的移位量的本发明涉及的薄膜压电元件的压电薄膜，能够获得充足的检测灵敏度。 [0088] 图4C是作为使用上述的薄膜压电元件的薄膜压电传感器的第二的例的压力传感器的构成图。 [0089] 压力传感器500具有用于在接受压力时对应的空洞45，并且，包括：支承薄膜压电元件40的支承体44；电流放大器46；和电压测定器47。薄膜压电元件40包括共通电极层41、压电薄膜42和单独电极层43，以该顺序叠层于支承体44。在此，当被施加外力时，薄膜压电元件40弯曲，由电压测定器47检测电压。 [0090] 作为该压电薄膜使用具有较大的移位量的本发明所涉及的薄膜压电元件的压电薄膜，能够获得充足的检测灵敏度。 [0091] 图4D是作为使用上述的薄膜压电元件的薄膜压电传感器的第三的例的脉搏传感器的构成图。 [0092] 脉搏传感器600为在基材51上搭载有送信用薄膜压电元件以及收信用薄膜压电元件的构成。在此，送信用薄膜压电元件中，在送信用压电薄膜52的厚度方向的两个面形成有电极层54a、55a，收信用薄膜压电元件中，收信用压电薄膜53的厚度方向的两个面也形成有电极层54b、55b。另外，在基材51形成有电极56、上表面用电极57，电极层54a、54b和上表面用电极57各自通过配线58电连接。 [0093] 为了检测生物体的脉搏，首先，使脉搏传感器600的基板背面(不搭载薄膜压电元件的面)与生物体相接或者抵接。然后，在脉的检测时，对送信用薄膜压电元件的两电极层54a、55a输出特定的驱动用电压信号。送信用薄膜压电元件根据被输入两电极层54a、55a的驱动用电压信号进行励振产生超声波，将该超音波发送至生物体内。发送至生物体内的超音波被血流反射，由收信用薄膜压电元件接收信号。接收信号用薄膜压电元件将所接收信号的超声波转换为电压信号，从两电极层54b、55b输出。 [0094] 作为该两压电薄膜使用具有较大的移位量的本发明涉及的薄膜压电元件的压电薄膜，能够获得充足的检测灵敏度。 [0095] (硬盘驱动器) [0096] 图5是搭载有图3A所示的头组件的硬盘驱动器的构成图。 [0097] 硬盘驱动器700在框体60内具有作为记录介质的硬盘61和对上述硬盘61记录和再现磁信息的磁头组件62。通过省略图示的电机使硬盘61进行旋转。 [0098] 磁头组件62是将组装体在图的纵深方向上叠层多个而形成的，其中，上述组装体包括：通过音圈电机63绕支轴自由旋转地被支承的致动器臂64；和与该致动器臂64连接的头组件65。在头组件65的顶端部与硬盘61相对地安装有滑块19(参照图3A)。 [0099] 头组件65(200)采用使头元件19a(参照图3A)2阶段变动的形式。头元件19a的比较大的移动通过由音圈电机63进行的头组件65、以及致动器臂64的整体的驱动来控制，微小的移动通过头组件65的顶端部的滑块19的驱动来控制。 [0100] 在该头组件65所使用的薄膜压电元件中，作为压电薄膜使用具有较大的移位量的本发明涉及的薄膜压电元件的压电薄膜，能够获得充足的访问(access)性。 [0101] (喷墨打印机装置) [0102] 图6是搭载有图3B所示的喷墨打印机头的喷墨打印机装置的构成图。 [0103] 喷墨打印机装置800构成为主要具备喷墨打印机头70、主体71、盘72、头驱动机构73。薄膜压电致动器300设置于喷墨打印机头70。 [0104] 喷墨打印机装置800构成为具有黄色、品红、蓝色、黑色的共计4种颜色的墨水盒，能够进行全彩印刷。另外，该喷墨打印机装置800在内部具有专用的控制板等，控制喷墨打印机头70的墨水排出时刻以及头驱动机构73的扫描。另外，主体71在背面具有盘72，并且，在其内部具有自动供纸器(自动连续供纸机构)76，自动送出记录用纸75，从正面的排出口74排出记录用纸75。 [0105] 在该喷墨打印机头70的薄膜压电致动器所使用的薄膜压电元件中，作为压电薄膜使用具有较大的移位量的本发明涉及的薄膜压电元件的压电薄膜，能够提供具有较高的安全性的喷墨打印机装置。 [0106] 实施例 [0107] 以下，基于实施例以及比较例对本发明更加具体地进行说明，但是本发明不限于以下的实施例。 [0108] (实施例1) [0109] 将具有(100)面方位的厚度400μm的硅基板1加热至400℃，一边在硅基板1的面方位上外延生长一边利用溅射法在硅基板1上成膜200nm的Pt作为下部电极层2。此时的成膜速率为0.2nm/sec。 [0110] 接着，利用氩气气体在气体压0.5Pa下利用逆溅射对下部电极层2进行了蚀刻。施加电源使用高频电源，施加范围为φ76mm，施加功率为600W。处理时间为60秒。然后，算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0111] 而且，将硅基板1加热至550℃，使用氧(O2)浓度5％的氩气氧混合(Ar+O2)气体在气体压0.2Pa下利用溅射法使铌酸钾钠(KNN)外延生长2000nm，进行成膜作为压电薄膜3。施加电源使用高频电源，使用 的溅射靶，施加功率为800W。使用的溅射靶的组成如下所述。(K0.5Na0.5)NbO3。 [0112] 接着，与下部电极层2相同，利用逆溅射在相同条件下对压电薄膜3进行了蚀刻。 [0113] 通过透过型电子显微镜(TEM)的观察通过上述的方法形成的压电薄膜3的平均结晶粒径为约180nm。 [0114] 并且，在常温下，利用溅射法将Pt成膜200nm作为上部电极层4。此时的成膜速率为0.2nm/sec。 [0115] 在形成上部电极层4后，利用光刻以及干蚀刻、湿蚀刻将压电薄膜3、下部电极层2以及上部电极层4图案化，并且，通过对硅基板1切断加工，制作可动部分尺寸为25mm×5mm的实施例1的薄膜压电元件10。 [0116] (实施例2) [0117] 在利用使用氩气气体的逆溅射对下部电极层2以及压电薄膜3进行的蚀刻中，除了使高频电源的施加功率为800W、使处理时间为120秒之外，在与实施例1相同的条件下，制作实施例2的薄膜压电元件10，在制造过程中，算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0118] (实施例3) [0119] 在利用使用氩气气体的逆溅射对下部电极层2以及压电薄膜3进行的蚀刻中，除了使高频电源的施加功率为1200W、使处理时间为180秒之外，在与实施例1相同的条件下，制作实施例3的薄膜压电元件10，在制造过程中，算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0120] (实施例4) [0121] 在利用使用氩气气体的逆溅射对下部电极层2以及压电薄膜3进行的蚀刻中，除了使高频电源的施加功率为750W、使处理时间为90秒之外，在与实施例1相同的条件下，制作实施例4的薄膜压电元件10，在制造过程中，算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0122] (实施例5) [0123] 除了使利用溅射法进行外延生长的压电薄膜3的膜厚为4000nm之外，在与实施例2相同的条件下，制作实施例5的薄膜压电元件10，在制造过程中，算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0124] (实施例6) [0125] 作为对下部电极层2以及压电薄膜3的表面处理，使用粒径5μm的氧化铝磨粒在0.8MPa的压力下进行机械研磨。此时的基板旋转速为200rpm，处理时间为120秒。除了该表面处理之外，在与实施例1相同的条件下，制作实施例6的薄膜压电元件10，在制造过程中，算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。此外，替代本实施例的机械研磨的氧化铝磨粒，当然也能够使用其它的各种磨粒。 [0126] (实施例7) [0127] 在对下部电极层2以及压电薄膜3的机械研磨中，除了使用粒径10μm的氧化铝磨粒在1.2MPa的压力下利用机械研磨进行表面处理之外，在与实施例6相同的条件下，制作实施例7的薄膜压电元件10，在制造过程中，算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0128] (实施例8) [0129] 与实施例1相同，在硅基板1上成膜下部电极层2中，使附着在下部电极层2的硅基板1浸渍在硝酸(HNO3)和盐酸(HCl)的混合水溶液中90分钟，对下部电极层2的表面进行湿蚀刻。此时的腐蚀剂是将浓度60％的HNO3溶液和浓度35％HCl溶液以1：3的比例混合而成的。然后，算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0130] 然后，将硅基板1加热至550℃，使用氧(O2)浓度5％的氩气氧气混合(Ar+O2)气体在气体压0.2Pa下利用溅射法使铌酸钾钠(KNN)外延生长2000nm，进行成膜作为压电薄膜3。施加电源使用高频电源，使用 的溅射靶，施加功率为800W。使用的溅射靶的组成与实施例1相同。 [0131] 接着，使附着在压电薄膜3的硅基板1浸渍在硝酸(HNO3)和氢氟酸(HF)的混合水溶液中100分钟，对压电薄膜3的表面进行湿蚀刻。此时的腐蚀剂是将浓度60％的HNO3溶液和浓度50％的HF溶液以1：1的混合而成的。此外，替代本实施例的湿蚀刻中使用的腐蚀剂，当然能够根据该被处理物使用其它各种的腐蚀剂。 [0132] 并且，在常温下，利用溅射法将Pt成膜200nm作为上部电极层4，完成薄膜压电元件10。。此时的成膜速率为0.2nm/sec。 [0133] 在形成上部电极层4后，利用光刻以及干蚀刻、湿蚀刻将压电薄膜3、下部电极层2以及上部电极层4图案化，并且，对硅基板1切断加工，制作出可动部分尺寸为25mm×5mm的实施例8的薄膜压电元件10。 [0134] (实施例9) [0135] 将具有(100)面方位的厚度400μm的硅基板1加热至400℃，一边在硅基板1的面方位上外延生长一边利用溅射法在硅基板1上成膜200nm的Pt作为下部电极层2。此时的成膜速率为0.2nm/sec。 [0136] 接着，将硅基板1加热至550℃，使用氧(O2)浓度5％的氩气氧气混合(Ar+O2)气体在气体压0.2Pa下利用溅射法使铌酸钾钠(KNN)外延生长2000nm，进行成膜作为压电薄膜3。施加电源使用高频电源，使用 的溅射靶，施加功率为800W。使用的溅射靶的组成与实施例1相同。 [0137] 然后，利用氩气气体在气体压0.5Pa下利用逆溅射对压电薄膜3进行了蚀刻。施加电源使用高频电源，施加范围为φ76mm，施加功率为800W。处理时间为120秒。然后，算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0138] 并且，在常温下，利用溅射法将Pt成膜200nm作为上部电极层4。此时的成膜速率为0.2nm/sec。 [0139] 在形成上部电极层4后，利用光刻以及干蚀刻、湿蚀刻将压电薄膜3、下部电极层2以及上部电极层4图案化，并且，通过对硅基板1切断加工，制作可动部分尺寸为25mm×5mm的实施例9的薄膜压电元件10’。 [0140] (实施例10) [0141] 将具有(100)面方位的厚度400μm的硅基板1加热至400℃，一边在硅基板1的面方位上外延生长一边利用溅射法在硅基板1上成膜200nm的Pt作为下部电极层2。此时的成膜速率为0.2nm/sec。 [0142] 接着，利用氩气气体在气体压0.5Pa下利用逆溅射对下部电极层2进行了蚀刻。施加电源使用高频电源，在施加范围为 施加功率为800W。处理时间为120秒。然后，算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0143] 然后，将硅基板1加热至550℃，使用氧(O2)浓度5％的氩气氧气混合(Ar+O2)气体在气体压0.2Pa下利用溅射法使添加有Li(锂)、Ba(钡)、Sr(锶)、Ta(钽)、Zr(锆)、Mn(锰)的铌酸钾钠(KNN)外延生长2000nm，进行成膜作为压电薄膜3。施加电源使用高频电源，使用 的溅射靶，施加功率为800W。使用的溅射靶的组成如下所述。(Na0.591K0.332Li0.027Ba0.002Sr0.048)(Nb0.944Ta0.005Zr0.051)O3+MnO0.040wt％。 [0144] 接着，与下部电极层2相同，利用逆溅射在相同条件下对压电薄膜3进行了蚀刻。 [0145] 通过透过型电子显微镜(TEM)的观察通过上述的方法形成的压电薄膜3的平均结晶粒径为95nm。 [0146] 并且，在常温下，利用溅射法将Pt成膜200nm作为上部电极层4。此时的成膜速率为0.2nm/sec。 [0147] 在形成上部电极层4后，利用光刻以及干蚀刻、湿蚀刻将压电薄膜3、下部电极层2以及上部电极层4图案化，并且，通过对硅基板1切断加工，制作可动部分尺寸为25mm×5mm的实施例10的薄膜压电元件10。 [0148] (实施例11) [0149] 在使用氩气气体对下部电极层2以及压电薄膜3进行逆溅射的蚀刻中，除了使高频电源的施加功率为550W、处理时间为50秒以外，在与实施例10相同的条件下，制作实施例11的薄膜压电元件10，在制造过程中，算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0150] (实施例12) [0151] 在使用氩气气体对下部电极层2以及压电薄膜3进行逆溅射的蚀刻中，除了使高频电源的施加功率为700W、处理时间为70秒以外，在与实施例10相同的条件下，制作实施例12的薄膜压电元件10，在制造过程中，算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0152] (比较例1) [0153] 作为比较例1，不对下部电极层以及压电薄膜进行表面处理，表面处理以外与实施例1相同地制作薄膜压电元件，在制造过程中算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0154] (比较例2) [0155] 作为比较例2，使逆溅射的高频施加功率为400W、处理时间为40秒，其它与实施例1相同地制作薄膜压电元件，在制造过程中算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0156] (比较例3) [0157] 作为比较例3，使逆溅射的高频施加功率为1800W、使处理时间增加至240秒，其它与实施例1相同地制作薄膜压电元件，在制造过程中算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0158] (比较例4) [0159] 作为比较例4，使机械研磨的氧化铝磨粒的尺寸为20μm，使加压量增加至2.0MPa，其它与实施例6相同相同地制作薄膜压电元件，在制造过程中算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0160] (比较例5) [0161] 作为比较例5，使湿蚀刻的处理时间各自增加至350分钟、400分钟，其它与实施例8相同，制作薄膜压电元件，在制造过程中算出处理面的表面粗糙度P-V和Ra。 [0162] 表1表示实施例1～8、10～12以及比较例1～5的薄膜压电元件10的下部电极层2的表面处理后的表面粗糙度P-V以及Ra的值、实施例9的薄膜压电元件10’的压电薄膜3的表面处理后的表面粗糙度P-V以及Ra的值、以及将各薄膜压电元件固定在具有由柔性电缆形成的配线的厚度18μm的不锈钢的薄板后，通过对薄膜压电元件10、10’通电施加电压120Hz±27kV/cm进行测定得到的移位量。 [0163] [表1] [0164] [0165] 在比较例1中，由于不进行下部电极层以及压电薄膜的表面处理，与实施例1～12的情况相比，表面粗糙度P-V以及Ra的值小，其结果是，能够确认薄膜压电元件的移位量变小。 [0166] 在实施例1以及2中，在对下部电极层2和压电薄膜3进行了逆溅射的处理中，能够确认高频施加功率和处理时间大的实施例2的表面粗糙度P-V以及Ra的值高，移位量也大。这被认为是，利用上述处理条件，能够获得较大的表面粗糙度P-V以及Ra的值，其结果，移位量也增加。但是，在比较例3的处理条件中，不能够确保移位量，所以，能够确认上述的处理条件的设定值为过度的值。 [0167] 在实施例3中，与实施例2相比增加逆溅射处理的高频电源功率和处理时间，表面粗糙度P-V、Ra值也增加，但是移位量减少。在Ra为280nm的比较大的值时，在该水平时，因表面处理导致的表面积增加不有效地作用于移位量增加。根据以上所述，可知在Ra中存在适当的范围。 [0168] 关于表面粗糙度P-V也相同，与实施例1相比可知，在减少了逆溅射处理的高频电源功率和处理时间的比较例2中，表面粗糙度P-V为200nm的较小的值，相对于实施例1，移位量大幅减少。根据以上所述，可知在P-V中存在适当的范围。 [0169] 在实施例4中，与实施例2相比，通过减少逆溅射处理量，表面粗糙度Ra为160nm，和实施例2相比稍小，这被认为，平均颗粒径比180nm小，所以，不能够与下部电极层2的表面状态取得适当的结合，与实施例2相比，移位量减少。 [0170] 在实施例5中，与实施例2相比增加了压电薄膜3的膜厚的情况下，下部电极层2和压电薄膜3的表面粗糙度P-V、Ra也不发生变化，但是移位量成为达不到实施例2的结果，不能够取得实施例2那样的表面处理的效果。这被认为是，膜厚方向中心部的范围的移位为主导的，该区域中的表面积成为压电薄膜3的实际的区域(面积)，因此不能够获得移位量的增加。 [0171] 在实施例6以及7中，在对下部电极层2和压电薄膜3进行了的机械研磨的处理中，能够确认磨粒尺寸和加压量大的实施例7的一方的表面粗糙度P-V以及Ra的值高，移位量也大。这被认为是，利用上述的处理条件，能够获得更大的表面粗糙度P-V以及Ra的值，其结果是，移位量增加。但是，在比较例4的条件中，无法确保移位量，因此，上述的处理条件的设定值为过度的值。 [0172] 在实施例8中，对下部电极层2和压电薄膜3进行利用适合各层的溶液进行的湿蚀刻的处理中，相对于比较例1，表面粗糙度P-V以及Ra的值、移位量均增加，但是与利用逆溅射以及机械研磨进行的表面处理相比，增加幅度变小。这被认为是，溶液相对于下部电极层以及压电薄膜没有较强的侵蚀性。但是，在比较例5的条件下，无法确保移位量，所以，能够确认在此的湿蚀刻处理时间的增加为过度的设定。 [0173] 如实施例9那样，在仅对压电薄膜3进行了与实施例2相同的表面处理的情况下，不能够获得实施例2那样的移位量，但是，从下部电极层2向压电薄膜3均形成结晶性良好的膜，所以，认为能够确保比较好的移位量。 [0174] 在实施例10～12中使用的含有添加物的铌酸钾钠(KNN)的压电薄膜3中，与实施例2相比，平均结晶粒径为95nm的较小的值，所以，认为处理过的表面粗糙度成为更加适合压电薄膜3的结晶粒的状态，其结果是，移位量增加。在上述的情况中，在其适合的范围内，Ra越大移位量越大，这被认为是，相对于下部电极层2表面的凹凸形状，较多的压电薄膜3的结晶粒结合，能够进行良好的膜的结晶成长。 [0175] 在以上的实施例、比较例中，使用规定的压电薄膜以及电极层材料说明了本发明的效果，但是在使用其它的各种的压电薄膜以及电极层材料的情况下，当能够达成本发明所示的那样的界面中的表面粗糙度时，透过实质的界面面积的增加，能够获得与本发明相同的效果，这自不待言。 |
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