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YOUTECのPZT技術

PZTとは?

機械的な力で電気を発生させたり、電圧をかけると機械的な力が発生して伸びたりする圧電材料は、アクチュエーターや圧力センサ、質量センサ等、広く用いられています。チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)は代表的な圧電材料です。PZTをベースとする材料は、今までに知られているすべての圧電材料の中で最も高い特性を持つので、現在最も用いられている圧電材料です。
また近年では、MEMSと呼ばれる、Si等の基板に半導体技術でPZT薄膜を形成した圧電素子が開発されています。

図1:PZT膜のXRDパターン

図2:PZTの構造

Youtec PZTの特徴

1.ヘテロエピタキシャル構造による高い面内配向性の実現

格子ミスマッチング制御技術により、ヘテロエピタキシャル構造を実現しました。そのため、従来のPZTによるMEMS薄膜と比較して横方向の結晶バラつきがなく、Si単結晶により近いため、Si MEMSを開発されている皆様がPZT MEMSに感じられている、多結晶性による設計のしにくさを軽減しています。

図3:Youtec PZTと従来PZTの結晶構造の違い
Youtec PZTと一軸配向させた従来のPZTとでは、断面形状に大きな差は見られませんが、表面から見た面内の結晶の揃い方に大きな違いが見られます。

図4:Youtec PZTの2次元XRDパターン
スポット状の格子点が見られていることから、面内においても高いレベルで結晶が揃っていることがわかります。

2.応力制御技術による分極制御と前分極処理の不要化

PZT膜にかかる応力をコントロールすることで、分極軸方向を制御(a/c軸コントロール)により、比誘電率の異方性が強いPZTにおいて低誘電率の方向のみを使うため、一般的な多結晶PZTの半分程度の比誘電率を実現します。また、膜の上部と下部で応力のかかり方が異なり、1方向に配向させています。そのためPolingが不要となり、圧電特性の直線性を高めています。

図5:Youtec PZTの応力制御

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