压电器件及压电器件的制造方法

技术领域

本发明涉及压电器件及其制造方法。

背景技术

一直以来，使用了利用物质的压电效应的压电元件。压电效应是指通过对物质施加压力，从而获得与压力成比例的极化的现象。利用压电效应，制作出压力传感器、加速度传感器、检测弹性波的AE(声发射)传感器等各种传感器。

近年来，作为智能电话等电子设备的输入界面，使用触摸面板，压电元件在触摸面板中的应用也多。触摸面板与电子设备的显示装置一体地构成，为了提高可见性，要求相对于可见光的高透明性。另一方面，为了准确地检测手指的操作，期望压电体层具备高压力响应性。

作为透明压电片，已知将有机聚合物的透明压电体膜与透明平板电极利用粘接剂层进行了粘合的构成(例如，参照专利文献1)。

发明内容

发明所要解决的课题

压电元件一般而言，具有在一对电极之间夹持有压电体层的层叠结构。在使用结晶性的压电体材料的情况下，为了使压电体层的结晶取向性变得良好，使压电体层保持一定程度的厚度，但是如果压电体层变厚，则变得易于产生裂缝、针孔。如果压电体层与电极的界面具有异物、结晶晶界，则由于裂缝、针孔而在电极与电极之间形成泄漏通路，压电层所产生的电荷会消失。另一方面，由于器件的小型化的要求，期望使压电体层的厚度变薄，但是压电体层的厚度越薄，则电极间的泄漏的问题越显著。

本发明的目的在于提供抑制电极间的泄漏而具有良好的压电特性的压电器件及其制造方法。

用于解决课题的方案

本发明中，通过在压电体层与电极之间配置粘着层，从而防止在压电体层形成将电极间短路的泄漏通路。

一个方式中，压电器件在第1基材上，依次配置有：

第1导电膜、

无机材料的压电体层、

粘着层、以及

第2导电膜。

作为优选的构成例之一，可以在第1导电膜与压电体层之间配置有非晶质的取向控制膜。

在其它方式中，压电器件的制造方法包括下述工序：

制作在第1基材上依次层叠有第1导电膜和无机材料的压电体层的第1部分、以及在第2基材上形成有第2导电膜的第2部分，

使上述压电体层与上述第2导电膜对置，将上述第1部分与上述第2部分利用粘着层进行贴合。

发明的效果

通过上述构成和方法，从而实现电极间的泄漏得以抑制的压电器件。

附图说明

图1为实施方式的压电器件的概略图。

图2A为图1的压电器件的制作工序图。

图2B为图1的压电器件的制作工序图。

图3为压电器件的变形例。

图4A为图3的压电器件的制作工序图。

图4B为图3的压电器件的制作工序图。

图5为将实施方式的压电器件的评价结果与比较例一起表示的图。

具体实施方式

图1为实施方式的压电器件10A的概略构成图。压电器件10A例如作为将与从外部施加的压力成比例的电信号取出的压电传感器来使用。

压电器件10A在基材11上，依次配置有导电膜12、压电体层13、粘着层14、导电膜15和基材16。通过在压电体层13与导电膜15之间配置粘着层14，从而抑制在导电膜15与导电膜12之间形成泄漏通路。

基材11可以为玻璃基板，也可以为塑料基板。在使用塑料基板的情况下，可以为能够对压电器件10A赋予弯曲性的挠性的基板。作为塑料基板，能够使用例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、丙烯酸系树脂、环烯烃系聚合物、聚酰亚胺(PI)等。

这些材料之中，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、丙烯酸系树脂、环烯烃系聚合物为无色透明的材料，在对于压电器件10A要求光透射性的情况下，是适合的。在对于压电器件10A没有要求光透射性的情况下，即在应用于脉搏计、心搏计等健康管理用品、车载压力检测片等的情况下，可以使用半透明或不透明的塑料材料。

导电膜12在该构成例中，作为下部电极起作用。导电膜12为例如ITO(氧化铟锡)、IZO(氧化铟锌)、IZTO(氧化铟锌锡)、IGZO(氧化铟镓锌)等透明的氧化物导电膜。导电膜12的透明性不是必须的，在将压电器件10A应用于触摸面板等显示器的情况下，期望为ITO、IZO、IZTO、IGZO等透明的导电膜。

从抑制导电膜12与压电体层13之间的界面的凹凸、结晶晶界的观点考虑，可以使氧化物导电体的膜为非晶质的膜。通过成为非晶质的膜，从而能够防止导电膜12的表面的凹凸、成为泄漏通路的原因的结晶晶界。此外，上层的压电体层13能够不受导电膜12的结晶取向的影响，以良好的结晶取向性进行生长。

压电体层13由无机压电材料来形成，例如，具有纤锌矿型的晶体结构。压电体层13的厚度为例如50nm～400nm。通过使压电体层13的厚度在该范围内，从而能够抑制裂缝、开裂的发生。如果压电体层13的厚度超过400nm，则裂缝、开裂发生的概率提高，对于透明度或雾度(模糊度)带来影响。如果压电体层13的厚度小于50nm，则实现充分的压电特性(或与压力成比例的极化)变得困难。

纤锌矿型的结晶具有六方晶的单位晶格，在与c轴平行的方向上具有极化矢量。作为纤锌矿型的压电材料，能够使用氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、碲化锌(ZnTe)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、碳化硅(SiC)，可以使用这些成分或它们之中的2种以上的组合。在2种成分以上的组合的情况下，能够使各个成分层叠。或者也能够将这些成分或它们之中的2种以上的组合作为主成分使用，任意地包含其它成分。

可以在纤锌矿型的结晶材料中添加硅(Si)、镁(Mg)、钒(V)、钛(Ti)、锆(Zr)、锂(Li)等添加时不表现导电性的金属作为掺杂剂。掺杂剂的种类可以为1种，也可以组合2种以上的掺杂剂。通过添加这些金属，从而能够抑制压电体层13中的裂缝的产生。

掺杂剂的含量为例如0.1at.％以上20at.％以下，优选为0.1at.％以上10at.％以下。如果掺杂剂的量少于0.1at.％，则没有充分地获得裂缝抑制效果。如果超过20at.％，则对于压电体层13的压电特性带来影响。

掺杂剂向压电体层13中的添加不是必须的。这是因为如后述那样，由于在压电体层13与导电膜15之间插入有粘着层14，因此即使压电体层13的表面产生针孔、裂缝，也能够防止导电膜12与导电膜15之间形成泄漏通路。

粘着层14可以为绝缘性的粘着层，也可以为导电性的粘着层。在使用导电性的粘着剂的情况下，粘着层14可以与导电膜15一起作为上部电极的一部分起作用。

粘着层14例如为丙烯酸系粘着剂、有机硅系粘着剂等的层。这些粘着剂具有透明性，即使在压电器件10A应用于显示器的情况下也能够使用。作为粘着层14，可以使用包含紫外线固化成分和粘合剂聚合物的粘接剂。紫外线固化成分为例如低聚酯丙烯酸酯、氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物等紫外线固化树脂。可以在这些紫外线固化型树脂中，混合光聚合引发剂。

可以代替紫外线固化成分，而使用热固化成分。作为热固化成分，有环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、脲树脂、聚酯树脂、氨基甲酸酯树脂、丙烯酸系树脂、聚酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂等以及它们的混合物。

粘合剂聚合物为例如丙烯酸系聚合物、聚酯树脂、氨基甲酸酯树脂、有机硅树脂、橡胶系聚合物等。

在使粘着层14为导电性的透明粘着层的情况下，可以使用在上述透明粘着剂中包含金属纳米粒子作为掺杂剂的材料。粘着层14的厚度如果过大，则发生压电体层13所产生的电荷的衰减，因此作为粘着层14的厚度，期望为10μm以下，期望进一步优选为5μm以下。

导电膜15作为上部电极使用。在粘着层14为导电性的情况下，与粘着层14一起构成上部电极。导电膜15中，导电膜12可以制成ITO、IZO、IZTO、IGZO等透明的氧化物导电膜，也可以制成Al、Pt等金属电极。在将压电器件10A应用于触摸面板等显示器的情况下，期望为ITO、IZO、IZTO、IGZO等透明的导电膜。

该压电器件10A即使在由结晶性的无机材料形成压电体层13的情况下，也能够抑制导电膜12与导电膜15之间形成泄漏通路，维持良好的压电特性。

图2A和图2B为图1的压电器件10A的制作工序图。在图2A中，制作构成压电器件10A的第1部分101、以及第2部分102。第1部分101在基材11上，形成导电膜12，在导电膜12上形成压电体层13。作为一例，在厚度50～100μm的PET的基材11上，利用室温的溅射形成ITO膜作为导电膜12。

在导电膜12上，形成厚度50～400nm的ZnO层作为压电体层13。ZnO层使用ZnO靶标，在氩(Ar)与微量的氧(O

第2部分102在基材16上，形成导电膜15，在导电膜15上配置粘着层14来制作。作为一例，在厚度50～100μm的PET的基材16上，利用室温的溅射形成ITO膜作为导电膜15。在导电膜15上，形成厚度1～5μm的粘着层14。作为导电膜15和粘着层14，可以利用带有透明导电粘接层的ITO膜。

图2B中，使第1部分101的压电体层13与第2部分102的粘着层14对置，将第1部分101和第2部分102利用粘着层14进行贴合。由此，获得压电器件10A。由于在压电体层13与导电膜15之间存在粘着层14，因此即使在压电体层13产生了针孔、裂缝的情况下，也能够防止导电膜12与导电膜15之间形成泄漏通路。由此，压电体层13能够维持厚度方向的压电特性。

＜变形例＞

图3表示压电器件10B作为变形例。压电器件10B中，作为压电体层13的基底层，具有非晶质的取向控制层17。压电器件10B在基材11上，依次配置有导电膜12、取向控制层17、压电体层13、粘着层14、导电膜15和基材16。通过在压电体层13与导电膜15之间配置粘着层14，从而抑制导电膜15与导电膜12之间形成泄漏通路。通过在压电体层13的基底，配置非晶质的取向控制层17，从而提高压电体层的结晶取向性。

基材11可以为玻璃基板，也可以为塑料基板。在使用塑料基板的情况下，可以是能够对压电器件10A赋予弯曲性的挠性的基板。作为塑料基板，能够使用例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、丙烯酸系树脂、环烯烃系聚合物、聚酰亚胺(PI)等。

这些材料之中，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、丙烯酸系树脂、环烯烃系聚合物为无色透明的材料，在对于压电器件10A要求光透射性的情况下，是适合的。在对于压电器件10A没有要求光透射性的情况下，即在应用于脉搏计、心搏计等健康管理用品、车载压力检测片等的情况下，可以使用半透明或不透明的塑料材料。

导电膜12在该构成例中，作为下部电极起作用。导电膜12为例如ITO(氧化铟锡)、IZO(氧化铟锌)、IZTO(氧化铟锌锡)、IGZO(氧化铟镓锌)等透明的氧化物导电膜。导电膜12的透明性不是必须的，但是在将压电器件10A应用于触摸面板等显示器的情况下，期望为ITO、IZO、IZTO、IGZO等透明的导电膜。

取向控制层17通过无机物、有机物、或无机物与有机物的混合物来形成。作为无机物，能够使用氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al

作为有机物，可举出丙烯酸系树脂、氨基甲酸酯树脂、三聚氰胺树脂、醇酸树脂、硅氧烷系聚合物等有机物。特别是，作为有机物，优选使用由三聚氰胺树脂、醇酸树脂以及有机硅烷缩合物的混合物形成的热固化型树脂。

能够使用上述材料，通过真空蒸镀法、溅射法、离子镀法、涂覆法等形成非晶质的膜。取向控制层17可以为1层，也可以形成2层或2层以上的层叠。在形成层叠的情况下，可以形成无机物的薄膜与有机物的薄膜的层叠。

使用了这些材料的非晶质的取向控制层17的表面平滑性优异，能够使上层的纤锌矿型材料的c轴沿垂直方向(层叠方向)取向。此外，阻气性高，能够降低成膜中的来源于塑料层的气体的影响。特别是，热固化型树脂为非晶质且平滑性高。三聚氰胺树脂由于三维交联结构因此密度高，阻挡性高。本发明涉及的取向控制层由非晶质形成，但是不一定需要取向控制层整体为非晶质，在发挥本发明的效果的范围内，可以具有不是非晶质的区域。在取向控制层的区域中，由非晶质(无定形)成分形成的区域的比例优选为90％以上，更优选为95％以上，进一步优选为100％。

压电体层13与图1的压电器件10A所使用的压电体层13同样，由结晶性的无机压电材料形成，例如，具有纤锌矿型的晶体结构。作为纤锌矿型的压电材料，能够使用氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、碲化锌(ZnTe)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、碳化硅(SiC)，可以使用这些成分或它们之中的2种以上的组合。在2种成分以上的组合的情况下，能够使各个成分层叠。或者也能够将这些成分或它们之中的2种以上的组合作为主成分使用，任意地包含其它成分。

在使用任一压电材料的情况下，由于在基底配置有非晶质的取向控制层17，因此压电体层13的c轴取向性良好。

可以在纤锌矿型的结晶材料中，添加硅(Si)、镁(Mg)、钒(V)、钛(Ti)、锆(Zr)、锂(Li)等添加时不表现导电性的金属作为掺杂剂。掺杂剂的种类可以为1种，也可以将2种以上的掺杂剂组合。通过添加这些金属，从而能够抑制压电体层13中的裂缝的产生。

粘着层14为绝缘性或导电性的粘着层，与图1同样地，能够使用丙烯酸系粘着剂、有机硅系粘着剂等。在使用导电性的粘着剂的情况下，粘着层14可以与导电膜15一起作为上部电极的一部分起作用。

导电膜15作为上部电极使用。在粘着层14为导电性的情况下，与粘着层14一起构成上部电极。导电膜15中，导电膜12为ITO、IZO、IZTO、IGZO等透明的氧化物导电膜。导电膜15的透明性不是必须，但是在将压电器件10A应用于触摸面板等显示器的情况下，期望为ITO、IZO、IZTO、IGZO等透明的导电膜。

压电器件10B通过配置非晶质的取向控制层17作为压电体层13的基底，从而压电体层13的c轴取向性优异，在厚度方向上的极化特性良好。此外，通过插入粘着层14，从而能够抑制在导电膜12与导电膜15之间形成泄漏通路，维持良好的压电特性。

图4A和图4B为图3的压电器件10B的制作工序图。在图3A中，制作构成压电器件10B的第1部分201、以及第2部分202。第1部分101在基材11上，形成导电膜12，在导电膜12上，依次形成取向控制层17和压电体层13。导电膜12、取向控制层17和压电体层13可以利用室温的溅射，连续地形成。

第2部分202在基材16上，形成导电膜15，在导电膜15上配置粘着层14。作为导电膜15和粘着层14，可以利用带有透明导电粘接层的ITO膜。

图4B中，通过使第1部分201的压电体层13与第2部分202的粘着层14对置，将第1部分201和第2部分202利用粘着层14进行贴合，从而制作压电器件10B。由于在压电体层13的基底配置有取向控制层17，因此压电体层的c轴取向提高。此外，由于在压电体层13与导电膜15之间插入有粘着层14，因此即使由于微细的针孔等而产生裂缝，也能够防止在导电膜12与导电膜12之间形成泄漏通路。

图5为将实施方式的压电器件的评价结果与比较例的评价结果一起表示的图。图5的“实施例”中，制作具有图3的压电器件的构成的样品30，测定电阻值。图5的“比较例”中，制作没有使用粘着层的样品40，测定电阻值。

作为样品30，如以下那样操作制作改变了压电体层的厚度的2种样品。在PET的基材31上，形成厚度50nm的ITO膜作为下部电极32。在ITO膜上，利用室温的溅射形成厚度10nm的非晶质的SAZO(添加有Al

另一方面，在PET的基材36上，形成厚度100nm的Al膜作为上部电极35，在Al膜上粘贴厚度5μm的粘着材以形成粘着层34，制作2个相同构成的第2部分。

将第1部分和第2部分利用粘着层34进行贴合，制作压电体层33的厚度不同的两组的样品30。

比较例的样品40除了不使用粘着层34以外，以与将样品30相同材料、相同尺寸来制作。在基材41上，形成作为下部电极42的ITO膜，在ITO膜上利用SAZO形成厚度10nm的取向控制层47。制作在取向控制层47上，作为压电体层43，形成有厚度200nm的ZnO膜的层叠体，以及形成有厚度400nm的ZnO膜的层叠体的、两组的层叠体。在各个层叠体上，成膜厚度100nm的Al膜作为上部电极45。

在2种样品30和2种用于比较例的样品40中，利用绝缘电阻计测定上部电极与下部电极之间的电阻。样品30中，不论压电体层33的厚度如何，任一样品都是能够测定直至兆欧姆(MΩ)的针被振开，不能获得值。在下部电极32与上部电极35之间，至少维持兆欧姆的单位的电阻，泄漏电流几乎不产生。

与此相对，样品40在压电体层43的厚度为200nm的情况下的电阻值为214Ω，在压电体层43的厚度为400nm的情况下的电阻值为228Ω。压电体层43的厚度越厚，则电阻值略微升高，但是产生相当大的泄漏电流并没有改变。

在实施方式的构成中，确认了通过在压电体层与电极之间配置粘着层，从而能够抑制电极间的泄漏通路，精度良好地检测与来自外部的压力成比例的极化。

以上，基于特定的实施例，说明了本发明，但是本发明并不限定于上述构成例。例如，基材11和基材16的至少一者可以使用薄膜玻璃。

实施例中，作为压电器件10的第2部分102(或202)，采用了基材16上预先配置有导电膜15和粘着层14的构成，但是可以不一定在第2部分包含粘着层14。作为第2部分，可以使用在基材16上仅配置有导电膜15的构成。在该情况下，可以使第1部分的压电体层13与第2部分的导电膜15对置，贴合时，在第1部分与第2部分之间配置粘着层进行贴合。

实施方式的压电器件10A、10B也能够利用逆压电效应作为压电致动器来应用。在该情况下，能够应用于喷墨头等。

本申请基于于2018年9月28日申请的日本专利申请第2018-185551号，主张其优先权，包含这些日本专利申请的全部内容。

符号的说明

10A、10B 压电器件

11 基材(第1基材)，

12 导电膜(第1导电膜)

13 压电体层

14 粘着层

15 导电膜(第2导电膜)

16 基材(第2基材)

17 取向控制层

101、201 第1部分

102、202 第2部分

现有技术文献

专利文献

专利文献1:(日本)特开2011-222679号公报