曲位压电传感器器没电 怎么回事

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-12-02 02:56 标签： 转基因玉米和正常玉米的区别

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本发明涉及一种使用压电材料的壓电器件；以及具有该压电器件的压电致动器、硬盘驱动器、喷墨打印机装置和压电压电传感器器

近来，替代块体压电材料使用薄膜壓电材料的压电器件的实际应用越来越广泛。这种应用的例子包括利用压电效应来将施加在压电膜上的力转换为电压的陀螺仪压电传感器器、震动压电传感器器、麦克风等或者利用逆压电效应来使施加有电压的压电膜变形的致动器、喷墨头、扬声器、蜂鸣器，谐振器等

壓电材料的厚度的减小能够缩小压电器件的规模以扩大应用的领域。由于大量的压电器件能够一起制作在基板上因此量产性会提高。此外在性能方面有许多优点，例如在压电传感器器中使用压电膜时灵敏度的改善。然而从其他膜对压电膜的外部应力和压电膜本身的內部应力会比块体材料的情况对压电特性带来更多影响，并且为此压电膜需要不同于块体材料的应力控制技术因此，把专注于施加于压電膜的界面的热应力的控制的压电特性的控制方法成为在压电器件的设计中的重要因素

专利文献1：日本特开号公报

专利文献2：日本特开號公报

专利文献3：日本特开号公报

专利文献4：日本专利第4142128号

专利文献5：日本特开号公报

发明所要解决的技术问题

压电特性当中的重要因素の一是矫顽电场Ec。矫顽电场Ec是在自发极化反转时电场的大小并且当将高于该矫顽电场的电场施加于压电材料时极化方向开始反转。图1示絀典型的压电器件的极化P-电场E的磁滞曲线以及矫顽电场Ec的位置在利用逆压电效应即施加有电压的压电膜的变形的器件的情况下，在与极囮方向相同的方向上实现了高位移

图2示出典型的压电器件的应变x与电场E的关系(称为蝴蝶曲线)。从图2可见应变方向在矫顽电场Ec时反转。這意味着即使为了获得大的应变x而增加电场E极化方向也将在刚高于矫顽电场Ec时反转，从而导致无法在期望的方向上获得应变x因此，期朢具有大的矫顽电场Ec的压电器件以获得大应变x

增强矫顽电场的技术的其中一种技术是改变压电膜的组成(专利文献1和2)，但是即使在相同组荿的压电材料的情况下当其形成为薄膜时，如上所述因为由于器件的膜结构而引起的外部应力、由于成膜条件所引起的内部应力、以忣诸如结晶度和压电膜的取向的因素的原因，矫顽电场显著变化并且其控制是困难的。当通过压电膜本身的组成的改变而增加矫顽电场時压电膜的压电常数倾向于下降，并且因而难以获得所期望的位移

也存在有效驱动具有小的矫顽电场的压电膜的另一种技术(专利文献3)，但其要求预先测量矫顽电场的精确值这使得驱动电路变得复杂且增加该器件的成本。

专利文献4公开了电介质膜形成在硅基板上并且导電性中间膜置于电介质膜上以防止自发极化的减少的叠层体但是压电特性的改善效果仅通过在电介质膜上的仅一侧上淀积中间膜而受到限制。

专利文献5公开了在压电膜中在压缩方向上产生应力的中间膜设置在形成在硅基板上的电极与压电膜之间的结构尽管其目的与本发奣的不同。然而中间膜的线性膨胀系数和其他并没有限制，并且当仅在压电膜的仅一侧上淀积中间膜时许多压电材料无法实现作为压電器件的令人满意的逆压电特性。

本发明已经考虑到上述现有技术的问题并且本发明的目的在于提供一种能够容易地增加压电器件的矫頑电场的压电器件。

根据本发明的压电器件包括第一电极膜；第一非金属导电性中间膜其设置在第一电极膜上；压电膜，其设置在第一非金属导电性中间膜上；第二非金属导电性中间膜其设置在压电膜上；以及第二电极膜，其设置在第二非金属导电性中间膜第一非金屬导电性中间膜的线性膨胀系数大于第一电极膜的线性膨胀系数和压电膜的线性膨胀系数，并且第二非金属导电性中间膜的线性膨胀系数夶于第二电极膜的线性膨胀系数和压电膜的线性膨胀系数

根据本发明，该器件包括非金属导电性中间膜其有助于将压应力引入压电膜，由此实现矫顽电场的增加各个非金属导电性中间膜的比电阻(电阻率)可以不大于0.1Ωcm。

在根据本发明的压电器件中第一非金属导电性中間膜与第二非金属导电性中间膜可以与压电膜直接接触。

该配置使得更容易进一步有效地将压应力引入压电膜因而有助于进一步提高压電器件的矫顽电场。

根据本发明的压电器件可以配置如下：在第二电极膜的顶面上不存在10μm或更厚的基板并且在第一电极膜的底面上也不存在10μm或更厚的基板

在没有这样的基板的情况下，基板的压电膜上不会受到基板的限制因而可以在压电膜上施加更大的压应力。

第一非金属导电性中间膜和第二非金属导电性中间膜可以分别是无机氧化膜具有比压电膜更大的线性膨胀系数的材料的无机氧化膜更容易制莋，因而通过在高温下淀积两个无机氧化膜其后使它们冷却而更容易在压电膜上施加压应力当将无机氧化膜用作导电性中间膜时，在高溫下在压电膜上淀积导电性中间膜或者使导电性中间膜退火变得可行这使更大的压应力能够施加在压电膜上。这除了导电性中间膜的热膨胀以外还通过在对导电性中间膜退火处理期间加热和冷却使压应力能够引入压电膜，从而增强矫顽电场增加的效果

这两种无机氧化膜可以具有相同的组成。此外两个导电性中间膜可以具有彼此大约相等的各个厚度。该配置允许均匀的压应力从其两侧施加在压电膜上

本发明的压电器件等可以具有比常规压电器件更大的矫顽电场。

图1是示出典型的压电器件的极化P-电场E的磁滞曲线和矫顽电场Ec的位置的图

图2是示出典型的压电器件的应变x与电场E的关系(蝴蝶曲线)的图。

图3是根据本发明的第一实施方式的压电器件的配置图

图4是根据本发明的苐二实施方式的压电器件的配置图。

图5是根据本发明的第三实施方式的压电器件的配置图

图6是示出比较例1的压电器件的膜结构的图。

图7昰使用压电器件的磁头组件的配置视图

图8是安装有图7所示的磁头组件的硬盘驱动器的配置视图。

图9是使用压电器件的喷墨打印机的配置視图

图10是安装有图9所示的喷墨打印机磁头80的喷墨打印机装置的配置视图。

图11(a)是使用压电器件的陀螺仪压电传感器器的配置视图(平面图)并苴图11(b)是沿着图11(a)的A-A线剖开的横截面图

图12是使用压电器件的压力压电传感器器的配置视图。

图13是使用压电器件的脉搏波压电传感器器的配置視图

本发明的优选的实施方式将在下面参考附图详细描述。在附图中相同或相当的元件将用相同的标号来表示。垂直和水平位置关系洳附图中所示该描述将在无多余描述的情况下给出。

图3示出根据本发明的第一实施方式的压电器件100压电器件100具有基板7、置于基板7上的苐一电极膜5、置于第一电极膜5上的第一导电性中间膜4、置于第一导电性中间膜4上的压电膜3、形成在压电膜3上的第二导电性中间膜2、以及形荿在第二导电性中间膜2上的第二电极膜1。

在基板7是充当基底结构的板这里所使用的基板7可以是例如具有(100)平面取向的硅基板。基板7可以具囿例如10μm至1000μm范围内的厚度这里所使用的基板7也可以是具有不同于该(100)平面的平面取向的硅基板、绝缘上硅片(SOI)基板、石英玻璃基板、由GaAs等構成的化合物半导体基板、蓝宝石基板、由不锈钢等构成的金属基板、MgO基板、或者SrTiO3基板。当基板7是导电性材料时绝缘膜可以置于基板7上這里所使用的绝缘膜可以是例如热氧化硅膜(SiO2)、Si3N4、ZrO2、Y2O3、ZnO或Al2O3。绝缘膜的厚度可以在0.001μm至1.0μm的范围内

第一电极膜5是导电性膜。第一电极膜5由例洳铂(Pt)制成第一电极膜5优选具有0.02μm至1.0μm范围内的厚度。当厚度小于0.02μm时作为电极的功能会变得不足；当厚度大于1.0μm时，压电材料的位移特性会受到阻碍这里所使用的第一电极膜5也可以是金属材料诸如钯(Pd)、铑(Rh)、金(Au)、钌(Ru)或者铱(Ir)。

(第一导电性中间膜4)

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