DE69610758T2

DE69610758T2 - Piezoelektrisches/Elektrostriktives Element vom Dünnschicht-Typ und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69610758T2
Application number: DE69610758T
Authority: DE
Inventors: Koji Kimura; Tsutomu Nanataki; Nobuo Takahashi; Yukihisa Takeuchi
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: EP0782203A2; US6263552B1; US5814920A; JP3344888B2; EP0782203B1; EP0782203A3; US6088893A; DE69610758D1; JPH09186372A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein piezoelektrisches und/oder elektrostriktives Filmelement. Insbesondere betrifft die Erfindung ein piezoelektrisches und/oder elektrostriktives Filmelement wie z. B. jene des unimorphen oder bimorphen Typs zur Erzeugung oder Detektion von Biegeverlagerung oder Kraft, die hauptsächlich für Aktuatoren, Filter, Anzeigen, Transformatoren, Mikrofone, Schallkörper (z. B. Lautsprecher), verschiedene Vibratoren, Resonatoren, Oszillatoren, Diskriminatoren, Gyroskope und Sensoren verwendet werden. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements. Das hierin so bezeichnete Element ist ausgelegt, Elemente zu enthalten, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln, d. h. in mechanische Verlagerung, Kraft, Spannung oder Schwingung, sowie Elemente zu enthalten, welche die umgekehrte Umwandlung vornehmen.

Beschreibung verwandter Gebiete

Auf dem Gebiet der Optik, Präzisionsfertigung u. dgl. ist in letzter Zeit die Nachfrage nach einem Verlagerungselement, das die optische Weglänge oder die Position in der Größenordnung von Submikrometer einstellt, sowie nach einem Detektionselement, das winzige Verlagerungen nach Umwandlung in elektrische Veränderungen detektiert, gestiegen. Um auf eine solche Nachfrage zu reagieren, wurden piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelemente für Aktuatoren und Sensoren entwickelt, die als Element fungieren, das sich das Auftreten von Verlagerung auf der Basis des umgekehrten piezoelektrischen Effekts zunutze macht, der verursacht wird, wenn ein elektrisches Feld an ein piezoelektrisches Material wie z. B. eine ferroelektrische Substanz angelegt wird, oder die als Element fungieren, das sich das umgekehrte Phänomen wie oben zunutze macht. Lautsprecher beispielsweise, die vorzugsweise für eine derartige piezoelektrische und/oder elektrostriktive Elementstruktur in Frage kommen, enthalten z. B. Elemente des unimorphen Typs, die auf dem Gebiet bekannt sind.
Die Anmelder schlugen bereits piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelemente aus Keramik vor, die verschiedenen Verwendungszwecken zugeführt werden können (siehe z. B. JP-A-3-128681 und 5-49270). Die bereits vorgeschlagenen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelemente besitzen die folgende Struktur. Das Element umfasst ein Keramiksubstrat mit zumindest einem Fenster (Hohlraum) und einen dünnwandigen Membranabschnitt, der einstückig ausgebildet ist, um das Fenster abzudecken und zu schließen, sodass zumindest ein dünnwandiger Wandabschnitt ausgebildet ist. Das Element enthält ferner auf einer Außenfläche des Membranabschnitts des Keramiksubstrats einen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitt, der eine Kombination einer unteren Elektrode, einer piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht und einer oberen Elektrode umfasst, worin der piezoelektrische und/oder elektrostriktive Betriebsabschnitt gemäß einem Filmbildungsverfahren einstückig gestapelt und gebildet wird. Das Element besitzt ausgezeichnete Eigenschaften, sodass es als kompaktes und kostengünstiges elektromechanisches Umwandlungselement mit hoher Zuverlässigkeit dient, das für großes Verlagerungsausmaß bei geringer Antriebsspannung sorgt und in dem die Reaktionszeit rasch und die erzeugte Kraft groß ist. Es ist bekannt, dass ein solches piezoelektrisches und/oder elektrostriktives Filmelement außerordentlich nützlich ist, um als Komponente für Aktuatoren, Filter, Anzeigen und Sensoren verwendet zu werden.
Die Anmelder nahmen weitere Untersuchungen am piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelement vor. Die folgenden Tatsachen wurden abgeklärt. Das oben beschriebene piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement ist so konstruiert, dass eine untere Elektrode, eine piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht und eine obere Elektrode, die einen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsäbschnitt bilden, gemäß dem Filmbildungsverfahren an einer vorbestimmten Position auf einem Membranabschnitt eines gebrannten Keramiksubstrats aufeinandergestapelt und in einer Schichtkonfiguration ausgebildet werden, welches Keramiksubstrat einer notwendigen Hitzebehandlung (Brennen) ausgesetzt wird, um eine Struktur bereitzustellen, in welcher der piezoelektrische und/oder elektrostriktive Betriebsabschnitt einstückig auf dem Membranabschnitt ausgebildet ist. Die piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften des wie oben erhaltenen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements sind jedoch je nach Hitzebehandlung (Brennen) nach Bildung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitts, insbesondere der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht deutlich beeinträchtigt.
Wenn das wie oben beschriebene piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement erzeugt wird, wählt man eine Struktur, in der die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht so ausgebildet ist, dass sie etwas größer als die untere Elektrode ist, sodass die untere Elektrode damit abgedeckt ist, um einen Kurzschluss zu vermeiden, der durch die auf der oberen Fläche der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht ausgebildete obere Elektrode und die auf der unteren Fläche der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht ausgebildete untere Elektrode andernfalls entstehen würde, und um die Isolation zwischen der oberen und unteren Elektrode aufrechtzuerhalten. Demzufolge können periphere Kantenabschnitten der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven. Schicht, die sich seitlich über die peripheren Kantenabschnitte der unteren Elektrode erstrecken, mit Teilen des Membranabschnitts des Keramiksubstrats knapp unterhalb der peripheren Kantenabschnitte fest verschmelzen oder verkleben, da die peripheren Kantenabschnitt der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht aus einem piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Material bestehen, das im Allgemeinen eine Pb-Komponente o. dgl. mit hoher Reaktivität mit anderen Materialien aufweist. Solche verschmolzenen, verklebten bzw. verbundenen Abschnitte bewirken, dass die Restspannung auf der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht erhöht wird. Aus diesem Grund sind die piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften des erhaltenen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements beeinträchtigt.
Außerdem trat immer folgendes Problem auf. Das Vorhandensein oder Fehlen von Verbindung oder die Streuung des Verbindungsgrads zwischen den peripheren Kantenabschnitten der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht, die sich seitlich über die untere Elektrode und die Teile des Membranabschnitts knapp darunter erstreckt, bewirkt z. B. eine Streuung des Sintergrads der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht, eine Streuung der Restspannung sowie eine Streuung der Steifigkeit des Elements unter den jeweiligen erhaltenen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelementen oder unter der Vielzahl an piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitten, die in einem piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelement enthalten sind; dies führt z. B. zu großer Streuung der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften, z. B. des Verlagerungsausmaßes, und zu großer Streuung der Resonanzfrequenzeigenschaften.
JP-6-260694 offenbart ein piezoelektrisches und/oder elektrostriktives Filmelement mit einer Struktur, in der ein piezoelektrischer und/oder elektrostriktiver Film auf einer unteren Elektrode eine Größe aufweisen kann, die ausreicht, um die untere Elektrode abzudecken, wobei seine Endabschnitte zu Positionen über einem Keramiksubstrat ragen, sodass sich die vorstehenden Abschnitte in Bezug auf das Keramiksubstrat in einem unvollständigen Verbindungszustand befinden. In dieser Veröffentlichung soll jedoch der unvollständige Verbindungszustand durch Verwendung des Keramiksubstrats mit geringer Reaktivität mit dem piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Film oder durch Ausbilden einer aus Harzmaterial o. dgl. bestehenden Platzhalterschicht dazwischen erzielt werden. Diese Technik führt zu großen Problemen bei den Erzeugungsschritten, z. B. zur Notwendigkeit, die Bedingungen zum Brennen des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Films wie etwa Brenntemperatur und -atmosphäre präzise zu steuern. Außerdem bleibt das Problem der Reproduzierbarkeit der Erzeugungsschritte bestehen, selbst wenn die obige Anpassung vorgenommen wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Situation entwickelt. Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements, umfassend einen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitt, ausgebildet gemäß einem Filmbildungsverfahren auf einer Außenfläche eines Keramiksubstrats, das Zirkoniumdioxidmaterial umfasst (siehe oben), d. h. einen dünnwandigen Membranabschnitt zur Bildung eines dünnwandigen Wandabschnitts eines Zirkoniumdioxidsubstrats, worin ein vollkommen neuartiges Verfahren zur Vermeidung der Verbindung zwischen dem Membranabschnitt und einem Überhangabschnitt zur Anwendung kommt, welcher Überhangabschnitt ein sich seitlich erstreckender Abschnitt der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht ist, sodass die piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften und die Resonanzfrequenzeigenschaften des Elements verbessert, d. h. einheitlich sind, wodurch es möglich ist, ein Element mit verbesserten Verlagerungseigenschaften zu erhalten. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung des gemäß dem Verfahren der Erfindung erzeugten piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements.
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, liegt das erfindungsgemäße piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement in einem piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelement mit zumindest einem Hohlraum, umfassend ein Zirkoniumdioxidsubstrat mit einem dünnwandigen Membranabschnitt, der einstückig vorgesehen ist, um den Hohlraum abzudecken und zu schließen, und einen filmförmigen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitt, der aus der unteren Elektrode, einer piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht und einer oberen Elektrode besteht, die der Reihe nach in Schichtkonfiguration auf der Außenfläche des Membranabschnitts gemäß einem Filmbildungsverfahren ausgebildet werden, worin sich zumindest ein Teil des peripheren Kantenabschnitts der piezoelektrischen
und/oder elektrostriktiven Schicht seitlich über einen korrespondierenden peripheren Kantenabschnitt der unteren Elektrode hinaus erstreckt, um den gegenüber dem Membranabschnitt befindlichen Überhangabschnitt zu bilden, der sich in einem unvollständigen Verbindungszustand in Bezug auf einen Teilbereich des Membranabschnitts befindet, der unmittelbar darunter angeordnet ist, und zwar mit Hilfe von Teilchen, die hauptsächlich eine Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid umfassen und die zwischen den Überhangabschnitt und den unmittelbar darunter angeordneten Teilbereich des Membranabschnitts gelangen können.
In der so aufgebauten Erfindung erstreckt sich zumindest der Teil des peripheren Kantenabschnitts der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht seitlich über den korrespondierenden peripheren Kantenabschnitt der unteren Elektrode hinaus, um den Überhangabschnitt zu bilden, unter dem die untere Elektrode nicht angeordnet ist. Der Überhangabschnitt befindet sich jedoch in unvollständigem Verbindungszustand in Bezug auf den Teilbereich des Membranabschnitts, der knapp darunter positioniert ist. Demzufolge wird das Problem der Restspannung, das durch Verbindung zwischen dem Überhangabschnitt und dem Teilbereich des Membranabschnitts andernfalls auftritt, wirkungsvoll gelöst. Außerdem verhindert die Erfindung nachteilige Einflüsse, die auf die piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften als Folge der Verbindung zwischen dem Überhangabschnitt und dem Teilbereich des Membranabschnitts ausgeübt werden, sodass beispielsweise die Verlagerungseigenschaften deutlich verbessert werden können. Der Zustand der unvollständigen Verbindung zwischen dem Überhangabschnitt und dem Teilbereich des Membranabschnitts wird durch das Eindringen der Teilchen, die hauptsächlich aus der Verbindung aus Aluminium- und Magnesiumoxid wie etwa Spinell bestehen, wirksamer erzielt.
Der hierin erwähnte unvollständige Verbindungszustand kann wie folgt beschrieben werden. Der Überhangabschnitt der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht ist unvollständig mit dem Membranabschnitt oder der Schicht der. Teilchen verbunden, die hauptsächlich aus der Verbindung aus Aluminium- und Magnesiumoxid bestehen (direkt darunter angeordnet), wodurch ein Verbindungsgrad geschaffen wird, in dem das Ziel der Erfindung erreicht werden kann. Genauer gesagt weist dieser Zustand eine Abschälfestigkeit auf, die höchstens 0,25 kg/mm², vorzugsweise höchstens 0,025 kg/mm², noch bevorzugter höchstens 0,0125 kg/mm² zwischen dem Überhang der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht und dem Membranabschnitt oder der Schicht der hauptsächlich aus der Verbindung aus Aluminium- und Magnesiumdioxid bestehenden Teilchen (unmittelbar darunter angeordnet) beträgt. Das erfindungsgemäße und oben beschriebene piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement kann gemäß einem der nachstehenden vier Verfahren A, B, C und D hergestellt werden.

Verfahren A

Ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements mit zumindest einem Hohlraum, umfassend ein Zirkoniumdioxidsubstrat mit einem dünnwandigen Membranabschnitt, der einstückig vorgesehen ist, um den Hohlraum abzudecken und zu schließen, und einem filmförmigen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsäbschnitt, bestehend aus einer unteren Elektrode, einer piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht und einer oberen Elektrode, die der Reihe nach in Schichtkonfiguration auf der Außenfläche des Membranabschnitts gemäß einem Filmbildungsverfahren aufgebracht werden, wobei das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements die folgenden Schritte umfasst: Herstellen des Zirkoniumdioxidsubstrats nach dessen Brennen, worin zumindest der Membranabschnitt Aluminiumdioxid enthält, Ausbilden der unteren Elektrode auf der Außenfläche des Membranabschnitts des Zirkoniumdioxidsubstrats, anschließendes Ausbilden der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht auf der unteren Elektrode gemäß dem Filmbildungsverfahren unter Einsatz von piezoelektrischem und/oder elektrostriktivem Material, das Magnesiumoxid oder eine Komponente enthält, um Magnesiumoxid unabhängig oder in Form einer Verbindung zu ergeben, sodass sich zumindest ein Teil des peripheren Kantenabschnitts der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht seitlich über einen korrespondierenden Kantenabschnitt der unteren Elektrode erstreckt, um einen Überhangabschnitt gegenüber dem Membranabschnitt zu bilden, und das Brennen der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht solcherart, dass sich Teilchen, die hauptsächlich aus einer Verbindung aus Aluminium- und Magnesiumoxid bestehen, zumindest an der Grenze zwischen dem Überhangabschnitt und einem unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts ablagern können und so ein unvollständiger Verbindungszustand zwischen dem Überhangabschnitt und dem unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts hergestellt wird.

Verfahren B

Ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements mit zumindest einem Hohlraum, umfassend ein Zirkoniumdioxidsubstrat mit dünnwandigem Membranabschnitt, der einstückig vorgesehen ist, um den Hohlraum abzudecken und zu schließen, und einem filmförmigen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitt, der aus einer unteren Elektrode, einer piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht und einer oberen Elektrode besteht, die der Reihe nach in Schichtkonfiguration auf der Außenfläche des Membranabschnitts gemäß dem Filmbildungsverfahren ausgebildet werden, wobei das Verfahren zur Erzeugung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements die folgenden Schritte umfasst: Herstellen des gebrannten Zirkoniumdioxidsubstrats, Ausbilden der unteren Elektrode auf der Außenfläche des Membranabschnitts des Zirkoniumdioxidsubstrats gemäß einem Filmbildungsverfahren unter Verwendung von Elektrodenmaterial, das Aluminiumoxid oder eine Komponente enthält, die Aluminiumoxid ergibt, das anschließende Ausbilden der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht auf der unteren Elektrode gemäß einem Filmbildungsverfahren unter Verwendung von piezoelektrischem und/oder elektrostriktivem Material, das Magnesiumoxid oder eine Komponente enthält, die Magnesiumoxid unabhängig oder in Form einer Verbindung ergibt, sodass sich zumindest ein Teil des peripheren Kantenabschnitts der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht seitlich über den korrespondierenden Kantenabschnitt der unteren Elektrode hinaus erstreckt, um den Überhangabschnitt gegenüber dem Membranabschnitt zu bilden, und das Brennen der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht solcherart, dass sich Teilchen, die hauptsächlich aus einer Verbindung aus Aluminium- und Magnesiumoxid bestehen, zumindest an der Grenze zwischen dem Überhangabschnitt und einem unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts ablagern können und so ein unvollständiger Verbindungszustand zwischen dem Überhangabschnitt und dem unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts hergestellt wird.

Verfahren C

Ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements mit zumindest einem Hohlraum, umfassend ein Zirkoniumdioxidsubstrat mit einem dünnwandigen Membranabschnitt, der einstückig vorgesehen ist, um den Hohlraum abzudecken und zu schließen, und einen filmförmigen piezoelektrischen und/ oder elektrostriktiven Betriebsabschnitt, bestehend aus einer unteren Elektrode, einer piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht und einer oberen Elektrode, die der Reihe nach in Schichtstruktur auf der Außenfläche des Membranabschnitts gemäß einem Filmbildungsverfahren ausgebildet werden, wobei das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements die folgenden Schritte umfasst: das Erzeugen des gebrannten Zirkoniumdioxidsubstrats, das Ausbilden einer Trennschicht, die Aluminiumoxid oder eine Komponente enthält, die Aluminiumoxid ergibt, zumindest um einen Bereich, auf dem die untere Elektrode ausgebildet ist, auf der Außenfläche des Membranabschnitts des Zirkoniumdioxidsubstrats, das Ausbilden der unteren Elektrode auf der Außenfläche des Membranabschnitts vor oder nach Ausbildung der Trennschicht, das anschließende Ausbilden der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht auf der unteren Elektrode gemäß dem Filmbildungsverfahren unter Einsatz von piezoelektrischem und/oder elektrostriktivem Material, das Magnesiumoxid oder eine Komponente enthält, die Magnesiumoxid unabhängig oder in Form einer Verbindung ergibt, sodass sich zumindest ein Teil des peripheren Kantenabschnitts der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht seitlich über den korrespondierenden Kantenabschnitt der unteren Elektrode hinaus erstreckt, um den Überhangabschnitt gegenüber des Membranabschnitts zu bilden, und das Brennen der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht solcherart, dass sich Teilchen, die hauptsächlich aus einer Verbindung aus Aluminium- und Magnesiumoxid bestehen, zumindest an der Grenze zwischen dem Überhangabschnitt und einem unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts ablagern können und so ein unvollständiger Verbindungszustand zwischen dem Überhangabschnitt und dem unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts hergestellt wird.

Verfahren D

Ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements mit zumindest einem Hohlraum, umfassend ein Zirkoniumdioxidsubstrat mit dem dünnwandigen Membranabschnitt, der einstückig vorgesehen ist, um den Hohlraum abzudecken und zu schließen, und einen filmförmigen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitt, bestehend aus einer unteren Elektrode, einer piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht und einer oberen Elektrode, die der Reihe nach in Schichtkonfiguration auf der Außenfläche des Membranabschnitts gemäß einem Filmbildungsverfahren ausgebildet werden, wobei das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements die folgenden Schritte umfasst: das Erzeugen des gebrannten Zirkoniumdioxidsubstrats, das Ausbilden einer Trennschicht, die Aluminiumoxid oder eine Komponente enthält, um Aluminiumoxid, zu ergeben, und Magnesiumoxid oder eine Komponente enthält, um Magnesiumoxid zu ergeben, oder die Teilchen enthält, die hauptsächlich aus einer Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid bestehen, zumindest um einen Bereich, auf dem die untere Elektrode ausgebildet ist, auf der Außenfläche des Membranabschnitts des Zirkoniumdioxidsubstrats, das Ausbilden der unteren Elektrode auf der Außenfläche des Membranabschnitts vor oder nach Ausbildung der Trennschicht, das anschließende Ausbilden der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht auf der unteren Elektrode gemäß dem Filmbildungsverfahren unter Einsatz von piezoelektrischem und/oder elektrostriktivem Material, das Magnesiumoxid oder eine Komponente enthält, die Magnesiumoxid unabhängig oder in Form einer Verbindung ergibt, sodass sich zumindest ein Teil des peripheren Kantenabschnitts der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht seitlich über den korrespondierenden Kantenabschnitt der unteren Elektrode hinaus erstreckt, um den Überhangabschnitt gegenüber dem Membranabschnitt zu bilden, und das Brennen der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht solcherart, dass sich Teilchen, die hauptsächlich aus einer Verbindung aus Aluminium- und Magnesiumoxid bestehen, zumindest an der Grenze zwischen dem Überhangabschnitt und einem unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts ablagern können und so ein unvollständiger Verbindungszustand zwischen dem Überhangabschnitt und dem unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts hergestellt wird.
Gemäß den Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements wandern die Aluminiumoxid- und die Magnesiumoxidkomponente hinauf zur Grenze zwischen dem Überhangabschnitt der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht und dem Teilbereich des Menibranabschnitts, der sich unmittelbar darunter befindet und auf dem die untere Elektrode nicht angeordnet ist. Die Aluminiumoxid- und die Magnesiumoxidkomponente reagieren an der Grenze, um die Teilchen abzulagern, die hauptsächlich aus der Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid bestehen, z. B. Spinell. Die Ablagerung oder das Vorhandensein der Teilchen der Verbindung wie z. B. Spinell an der Grenze ermöglicht es, festes Zusammenkleben wirkungsvoll zu vermeiden, das man ansonsten zwischen dem Überhangabschnitt der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht und dem Teilbereich des Membranabschnitts, der sich unmittelbar darunter befindet, feststellt. Somit wird der unvollständige Verbindungszustand erreicht, wodurch die auf die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht wirkende Restspannung günstigerweise verringert werden kann. Demzufolge verbessern sich die piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften insofern, als auch ihre Streuung eingeschränkt wird.
Die gemäß den vier Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements abgelagerten Teilchen sind günstigerweise Spinellteilchen (MgAl&sub2;O&sub4;). Jene, die Magnesiumoxid als Teil einer Zusammensetzung enthalten, um piezoelektrische und/oder elektrostriktive Eigenschaften aufzuweisen, werden vorzugsweise für das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Material verwendet.
Wenn im obigen Verfahren D die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht gebildet wird, kann man auch ein piezoelektrisches und/oder elektrostriktives Material verwenden, das Magnesiumoxid oder eine Komponente enthält, die Magnesiumoxid unabhängig oder in Form einer Verbindung ergibt. Diese Vorgangsweise ist günstig, wenn die Zusammensetzung der Trennschicht reich an Aluminiumoxid ist oder um die Reaktion von Aluminiumoxid und Magnesiumoxid in der Trennschicht zu vereinfachen.
Obige und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Abbildungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in beispielhafter Weise dargestellt ist.

Beschreibung der Abbildungen

Fig. 1 ist eine erklärende und teilweise im Querschnitt dargestellte Ansicht eines Beispiels für eine Grundstruktur des erfindungsgemäßen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements.
Fig. 2 ist eine erklärende Draufsicht einer Anordnungsform jeweiliger Schichten des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitts des in Fig. 1 gezeigten piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements.
Fig. 3 ist eine teilweise im Querschnitt dargestellte Ansicht eines Beispiels für das erfindungsgemäße piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement.
Fig. 4 ist eine erklärende und teilweise im Querschnitt dargestellte Ansicht eines weiteren Beispiels für das erfindungsgemäße piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement.
Fig. 5 ist eine erklärende und teilweise im Querschnitt dargestellte Ansicht eines weiteren Beispiels für das erfindungsgemäße piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement.
Fig. 6 ist eine perspektivische Explosionsansicht des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements von Fig. 5.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches und/oder elektrostriktives Filmelement mit einer Struktur, die einen filmförmigen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitt enthält, der gemäß dem Filmbildungsverfahren auf der Außenfläche des Teilbereichs des Membranabschnitts angeordnet wird, der einstückig ausgebildet ist, um den durch das Zirkoniumdioxid angeordneten Hohlraum abzudecken und zu schließen, worin die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht, die den piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitt darstellt, den Überhangabschnitt in Bezug auf die untere Elektrode bildet. Somit kann die obere Elektrode problemlos und ohne Gefahr von Kurzschluss, der ansonsten in Bezug auf die untere Elektrode entstehen würde, gebildet werden. Außerdem können die Teilchen, aus denen hauptsächlich die Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid besteht, zwischen den Überhangabschnitt der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht, unter der sich die untere Elektrode nicht befindet, und den Teilbereich des Membranabschnitts knapp darunter gelangen, sodass der unvollständige Verbindungszustand dazwischen geschaffen wird. Auf diese Weise wird versucht, die oben beschriebenen Ziele zu erreichen. Ein Beispiel für die Grundstruktur dieses piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform umfasst eine Struktur mit einem Fenster.
In Fig. 1 umfasst das Zirkoniumdioxidsubstrat eine als Träger dienende Basisplatte 4 mit vorbestimmter Dicke und ein rechteckiges als Hohlraum dienendes Fenster 6 mit vorbestimmter Größe sowie eine dünnwandige Membranplatte 8, die die Basisplatte 4 auf einer Oberfläche überlappt, um das Fenster 6 abzudecken und zu schließen, worin die Basisplatte 4 und die Membranplatte 8 zu einer einzigen Einheit kombiniert sind. Ein Teil der Membranplatte 8, der sich über dem Fenster 6 der Basisplatte 4 befindet, wird als Membranabschnitt 10 verwendet. Eine filmförmige untere Elektrode 12, eine piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 und eine obere Elektrode 16 werden gemäß einem herkömmlichen Filmbildungsverfahren auf der Außenfläche des Membranabschnitts 10 des plattenförmigen Zirkoniumdioxidsubstrats 2 der Reihe nach geschichtet und ausgebildet, um einen einstückigen filmförmigen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitt 18 zu schaffen.
Wenn daher das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement mit der oben beschriebenen Struktur als Aktuator betrieben wird, wird durch jeweilige nicht dargestellte Anschlussabschnitte zwischen den zwei Elektroden 12, 16, aus denen der piezoelektrische und/oder elektrostriktive Betriebsabschnitt besteht, Spannung angelegt. Somit wird in gleicher Weise wie bisher elektrischer Strom angelegt. Demzufolge kann ein elektrisches Feld auf die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 einwirken, weshalb eine durch das elektrische Feld hervorgerufene mechanische Spannung einsetzt. Die Biegeverlagerung oder -kraft tritt aufgrund der transversalen Wirkung der durch das elektrische Feld hervorgerufenen mechanischen Spannung in einer zur Plattenoberfläche des Zirkoniumdioxidsubstrats 2 (Membranabschnitt 10) senkrechten Richtung in Erscheinung.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist gemäß der Erfindung das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement so aufgebaut, dass periphere Kantenabschnitte der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14, aus welcher der piezoelektrische und/oder elektrostriktive Betriebsabschnitt 18 besteht, seitlich über die korrespondierenden peripheren Kantenabschnitte der unteren Elektrode 12 verlaufen, um Überhangabschnitte 14a zu bilden, die sich gegenüber auf Teilbereichen des Membranabschnitts 10, auf dem die untere Elektrode 12 nicht angeordnet ist, befinden. Verbindung verhindernde Teilchen 20, die im Wesentlichen aus der Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid bestehen, können zwischen die Überhangabschnitte 14a und die Teilbereiche des Membranabschnitts 10 (knapp darunter positioniert) gelangen. Somit wird dazwischen ein unvollständiger Verbindungszustand geschaffen. Eine planare Anordnungsform der unteren Elektrode 12, der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 und der oberen Elektrode 16, aus denen der piezoelektrische und/oder elektrostriktive Abschnitt 18 besteht, ist aus Fig. 2 ersichtlich. Wie aus dieser Figur erkennbar, ist die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 ausgebildet, die untere Elektrode 12 im Wesentlichen zur Gänze abzudecken, wobei ihr Anschlussabschnitt zur externen Verbindung frei bleibt. Somit ist die Konfiguration solcherart, dass sich zumindest Teile der peripheren Kantenabschnitte der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 seitlich über die korrespondierenden peripheren Kantenabschnitte der unteren Elektrode 12 erstrecken. Die obere Elektrode 16 ist auf der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 ausgebildet, sodass die obere Elektrode 16 über der unteren Elektrode gelagert ist. Ein Ende der oberen Elektrode 16, das über die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 hinausragt, wird als Anschlussabschnitt für die externe Verbindung verwendet.
Gemäß der Struktur des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitts 18 des so aufgebauten piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements werden die Überhangabschnitte 14a durch die sich erstreckenden peripheren Kantenabschnitte der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 gebildet, und die obere Elektrode 16 wird in einem Zustand auf der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 gebildet, in dem die untere Elektrode 12 mit den Überhangabschnitten 14a bedeckt ist. Auf diese Weise wird die Gefahr des Entstehens eines Kurzschlusses zwischen der oberen Elektrode 16 und der unteren Elektrode 12 vollkommen gebannt, und die untere Elektrode 16 kann leicht geformt werden, während die Isolation zwischen den zwei Elektroden 12, 16 wirkungsvoll aufrechterhalten wird. Die Überhangabschnitte 14a sind nicht miteinander verschmolzen, verklebt oder fest mit den Teilbereichen des Membranabschnitts 10 knapp darunter verbunden. Wenn daher der piezoelektrische und/oder elektrostriktive Betriebsabschnitt 18 in Betrieb steht, werden seine Betriebseigenschaften kaum negativ beeinflusst. Somit ist es möglich, beispielsweise die piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften wie etwa Verlagerungsausmaß und die Resonanzfrequenzeigenschaften zu verbessern.
Das oben beschriebene piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement der Erfindung besitzt den piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitt 18, der auf dem Zirkoniumdioxidsubstrat 2 ausgebildet ist, das aus einem entsprechend ausgewählten Material besteht, z. B. aus einem bekannten stabilisierten oder teilstabilisierten Zirkoniumdioxidmaterial. Die bevorzugt verwendeten Materialien enthalten ein Material, das eine Hauptkomponente aus Zirkoniumdioxid umfasst, das teilweise stabilisiert wird, indem eine Verbindung wie etwa Yttriumoxid zugegeben wird, um eine Kristallphase, die im Wesentlichen auf tetragonalem Kristall basiert, oder einen Mischkristall bereitzustellen, der im Wesentlichen zwei oder mehr Kristallphasen umfasst, die aus kubischen, tetragonalen und monoklinen Kristallen ausgewählt sind; siehe JP-5-270912 der Anmelder. Die Kristallkorngröße (mittlerer Teilchendurchmesser) des oben beschriebenen Zirkoniumdioxidsubstrats 2 beträgt vorzugsweise höchstens 1 um. Das aus dem obigen Material bestehende Zirkoniumdioxidsubstrat 2 weist selbst im Falle einer dünnen Platte hohe mechanische Festigkeit und Zähigkeit auf. Außerdem weist ein derartiges Zirkoniumdioxidsubstrat 2 das Merkmal auf, dass kaum eine chemische Reaktion mit dem piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Material stattfindet.
Gemäß der Erfindung wird die feste Verbindung zwischen den Teilbereichen des Membranabschnitts 10 des Zirkoniumdioxidsubstrats 2, das aus dem oben beschriebenen Zirkoniumdioxidmaterial besteht, und den Überhangabschnitten 14a der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 darunter wirkungsvoll unterdrückt, ohne die untere Elektrode 12 dazwischen zu schieben, sodass der unvollständige Verbindungszustand erreicht wird. Zu diesem Zweck ist es wünschenswert, dafür zu sorgen, dass sich die Verbindung verhindernden Teilchen 20, die hauptsächlich aus der Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid bestehen, insbesondere Spinellteilchen (MgAl&sub2;O&sub4;), ablagern und zwischen die Überhangabschnitte 14a und die Teilbereiche des Membranabschnitts 10 knapp darunter gelangen können. Aufgrund des geringen Reaktionsvermögens solcher Teilchen 20 in Bezug auf die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 ist es möglich, die Verbindung, die ansonsten zwischen den Überhangabschnitten 14a und den Teilbereichen des Membranabschnitts 10 entstehen würde, wirkungsvoll einzuschränken oder zu verhindern.
Die vier oben beschriebenen Verfahren A, B, C und D können günstigerweise zum Einsatz kommen, um das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement mit der Struktur zu erzeugen, in welcher die feste Verbindung zwischen den Überhangabschnitten 14a und den Teilbereichen des Membranabschnitts 10 verhindert wird, indem die Verbindung verhindernden Teilchen 20, die hauptsächlich aus der Verbindung aus Aluminium- und Magnesiumoxid bestehen, z. B. Spinellteilchen, dazwischen gelangen können, wodurch der unvollständige Verbindungszustand dazwischen hergestellt wird. Gemäß dem Verfahren A wird zunächst das Zirkoniumdioxidsubstrat 2 hergestellt, welches das Zirkoniumdioxidmaterial umfasst, worin eine vorbestimmte Menge Aluminiumoxid zumindest im Membranabschnitt 10 enthalten ist. Aluminiumoxid ist auch in anderen Bereichen des Zirkoniumdioxidsubstrats 2 als dem Membranabschnitt 10 enthalten, z. B. in Bereichen der Basisplatte 4. Wenn jedoch der Gehalt an Aluminiumoxid zu hoch ist, tritt im Membranabschnitt 10 das Problem von Rissen und Fehlern auf. Es ist daher wünschenswert, dass der Gehalt an Aluminiumoxid im Allgemeinen 5,0 Gew.-%, vorzugsweise 2,5 Gew.-%, nicht übersteigt. Ist jedoch der Gehalt an Aluminiumoxid zu klein, ist es unmöglich, dass sich die Teilchen in einer Menge, welche die Verbindung verhindert, ablagern und dazwischen gelangen.
Demzufolge ist es wünschenswert, dass Aluminiumoxid im Allgemeinen in einem Verhältnis von zumindest 0,1 Gew.-%, vorzugsweise von zumindest 1,1 Gew.-%, enthalten ist.
Das Zirkoniumdioxidsubstrat, in dem eine vorbestimmte Menge an Aluminiumoxid zumindest im Membranabschnitt 10 enthalten ist, wird folgendermaßen enthalten. Die vorbestimmte Menge an Aluminiumoxid oder eine Komponente, die Aluminiumoxid ergibt, ist zumindest in einem Teil einer grünen Tafel enthalten, um das Zirkoniumdioxidsubstrat 2, auf dem der Membranabschnitt 10 ausgebildet ist, gemäß einem bekannten Verfahren mit angeschlossenem Brennen zu erzeugen. Vom Standpunkt der Zuverlässigkeit ist allerdings die folgende Vorgangsweise besonders vorzuziehen. Eine grüne Zirkoniumdioxidtafel zum Formen der Basisplatte 4 wird hergestellt, worin ein als Fenster 6 dienender Hohlraum durch ein maschinelles Bearbeitungsverfahren wie z. B. Bearbeitung mit einer Form oder Ultraschallbehandlung gebildet wird. Eine dünne grüne Zirkoniumdioxidtafel, die eine vorbestimmte Menge an Aluminiumoxid enthält und dazu dient, die Membranplatte 8 (den Membranabschnitt 10) zu bilden, wird auf die hergestellte grüne Zirkoniumdioxidtafel aufgebracht und unter Druck thermisch damit verklebt, gefolgt vom Brennen, um die Tafeln zu einer einstückigen Einheit zu kombinieren. Es ist wünschenswert, dass der Membranabschnitt 10 des Zirkoniumdioxidsubstrats 2, auf dem der piezoelektrische und/oder elektrostriktive Betriebsabschnitt 18 ausgebildet ist, im Allgemeinen eine Dicke (nach dem Brennen) von höchstens 50 um, vorzugsweise von zumindest 1 um und höchstens 30 um, noch bevorzugter von etwa 3 bis 15 um, aufweist, um eine rasche Reaktionsleistung und ein großes Verlagerungsausmaß des Elements zu erreichen.
Die jeweiligen grünen Zirkoniumdioxidtafeln, die vorbestimmte Zirkoniumdioxidmaterialien enthalten, um die Basisplatte 4 und die Membranplatte 8 nach oben beschriebenem Verfahren zu erzeugen, können durch Laminieren einer Vielzahl an Plattenkomponenten hergestellt werden. Betreffend die Form des Membranabschnitts 10 des Zirkoniumdioxidsubstrats 2 ist es möglich, neben der in den Abbildungen gezeigten flachen Form eine nach außen konvexe Form, die gegenüber der Seite des Fensters 6 ausgebildet ist, und eine in das Fenster 6 hinein versetzte nach innen konkave Form auszuwählen. Die Wirkung der Erfindung kommt aber am besten zur Geltung, wenn ein Zirkoniumdioxidsubstrat 2 mit einem Membranabschnitt 10 verwendet wird, der eine nach außen konvexe Form und eine nach oben konvexe Form (siehe Fig. 1) aufweist, und eine piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht auf dem Zirkoniumsubstrat ausgebildet wird, gefolgt von Brennen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Form des Fensters 6 des Zirkoniumdioxidsubstrats 2, d. h. die Form des Membranabschnitts 10, rechteckig (viereckig). Diese Form unterliegt jedoch keinen Einschränkungen. Die Form kann je nach Verwendungszweck des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements auch kreisrund, polygonal und elliptisch sein. Eine Kombination dieser Formen sowie andere beliebige Formen sind möglich.
Außerdem kann eine beliebige Anzahl an Membranabschnitten 10 in beliebiger Anordnung entsprechend ausgewählt werden.
Der erfindungsgemäße piezoelektrische und/oder elektrostriktive Betriebsabschnitt 18 wird durch Verwendung des gebrannten Zirkoniumdioxidsubstrats 2 auf dem Membranabschnitt 10 ausgebildet. Zu diesem Zweck wird zunächst die untere Elektrode 12 auf der Außenfläche des Membranabschnitts 10 durch Verwendung eines vorbestimmten Elektrodenmaterials geformt; dies erfolgt in gleicher Weise wie gemäß den verschiedenen bekannten Filmbildungsverfahren. Das Elektrodenmaterial zur Erzeugung der unteren Elektrode 12 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, sofern es ein leitendes Material ist, das oxidierender Atmosphäre bei hoher Temperatur standhalten kann. Beispielsweise kann das Elektrodenmaterial eine einfache Substrat aus einem Metall oder einer Legierung sein. Es tritt überhaupt kein Problem auf, wenn das Elektrodenmaterial ein Gemisch eines isolierenden Keramikmaterials von Wismutoxid, Zinkoxid, Titanoxid o. dgl. und eine einfache Substanz aus einem Metall oder einer Legierung davon ist oder wenn das Elektrodenmaterial ein leitendes Keramikmaterial ist. Zu den bevorzugter verwendeten Materialien zählen Elektrodenmaterialien, die eine Hauptkomponente aus Edelmetall mit hohem Schmelzpunkt aufveisen, z. B. Platin, Palladium und Rhodium, oder eine Legierung, z. B. Silber-Palladium, Silber-Platin und Platin-Palladium, sowie Cermetmaterialien, die Platin umfassen, ein Zirkoniumdioxidsubstrat aufbauendes Material und/oder eine piezoelektrische und/oder elektrostriktive Materialkomponente. Noch bevorzugter ist es, nur Platin oder ein Material, dessen Hauptkomponente eine Platinlegierung ist, zu verwenden. Das Zirkoniumdioxidsubstrat aufbauende Material wird dem Elektrodenmaterial vorzugsweise in einem Verhältnis von etwa 5 bis 30 Volums-% zugegeben. Das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Material bzw. dessen Hauptkomponente wird vorzugsweise in einem Verhältnis von etwa 5 bis 20 Volums-% zugegeben.
Die untere Elektrode 12 wird - wie oben beschrieben - unter Einsatz von leitendem Material gemäß einem Dickfilmbildungsverfahren wie etwa Siebdruck, Sprühen, Beschichten, Eintauchen und Auftragen oder gemäß einem Dünnfilmbildungsverfahren wie etwa Sputtern, Ionenbestrahlen, Vakuumablagern, Ionenplattieren, CVD und Plattieren hergestellt. Das Dickfilmbildungsverfahren kommt vorzugsweise zur Anwendung. Die untere Elektrode 12, die gemäß einem derartigen Dickfilmbildungsverfahren geformt wird, wird aufgrund der Elektrode selbst gesintert und im Allgemeinen in gleicher Weise wie üblich einer Hitzebehandlung (Brennen) unterzogen, um die einstückige Verbindung mit dem Membranabschnitt 10 zu bewerkstelligen. Die Dicke der unteren Elektrode 12 nach dem Brennen beträgt im Allgemeinen höchstens 20 um, vorzugsweise höchstens 5 um.
Als nächstes wird die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 12 auf der unteren Elektrode 12 ausgebildet, indem ein vorbestimmtes piezoelektrisches und/oder elektrostriktives Material verwendet wird; dies erfolgt gemäß den verschiedenen bekannten Filmbildungsverfahren. Bei diesem Verfahren wird die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 in planarer Form größer als die untere Elektrode 12 ausgebildet (siehe Fig. 1 und 2), sodass sich zumindest Teile der peripheren Kantenabschnitte der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 seitlich über die korrespondierenden peripheren Kantenabschnitte der unteren Elektrode 12 erstrecken, um die einander gegenüberliegenden Überhangabschnitte 14a auf den Teilbereichen des Membranabschnitts 10 zu bilden. Verfahren, die zur Bildung der oben beschriebenen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 vorzugsweise zur Anwendung kommen, sind die oben aufgezählten Dickfilmbildungsverfahren, insbesondere Filmbildungsverfahren, die auf Siebdrucken, Sprühen, Beschichten, Eintauchen und Auftragen beruhen. Die Anwendung der Dickfilmbildungsverfahren ermöglicht es, einen Film der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 auf der Außenfläche des Membranabschnitts 10 des Zirkoniumdioxidsubstrats 2 durch Verwendung einer Paste oder Aufschlämmung zu verwenden, deren Hauptkomponente piezoelektrische und/oder elektrostriktive Keramikteilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 0,01 bis 7 um, vorzugsweise etwa 0,05 bis 5 um, sind. Auf diese Weise können gute Elementeigenschaften erzielt werden. Unter den Dickfilmbildungsverfahren ist Siebdrucken besonders vorzuziehen, da feine Muster kostengünstig ausgebildet werden können. Um z. B. ein großes Verlagerungsausmaß mit geringer Betriebsspannung zu erhalten, ist es wünschenswert, dass die Dicke der geformten piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 nach dem Brennen vorzugsweise höchstens 50 um, vorzugsweise zumindest 3 um und höchstens 40 um, ausmacht.
Im oben beschriebenen Verfahren A der Erfindung werden Materialien, die Magnesiumoxid oder eine Komponente, die Magnesiumoxid ergibt, unabhängig oder in Form einer Verbindung enthalten, als piezoelektrisches und/oder elektrostriktives Material zur Bildung der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 verwendet. Die Komponente, die Magnesiumoxid ergibt, ist hierin eine Komponente wie z. B. eine einfache Substanz aus Magnesium, die im nachfolgenden Brennschritt in Magnesiumoxid umgewandelt wird. Das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Material, das Magnesiumoxid oder die Magnesiumoxid ergebende Komponente enthält, umfasst ein Material, das eine Hauptkomponente aus Bleizirkonattitanat (PZT-System) enthält, ein Material, das eine Hauptkomponente aus Bleinickelniobat (PNN-System) enthält, ein. Material, das eine Hauptkomponente aus Bleimanganniobat enthält, ein Material, das eine Hauptkomponente aus Bleiantimonstannat enthält, ein Material, das eine Hauptkomponente aus Bleizinkniobat enthält, ein Material, das eine Hauptkomponente aus Bleititanat enthält, ein Material, das eine Hauptkomponente aus Bleinickeltantalat enthält, und ein Material, das erhalten wird, indem einem Verbundmaterial der obigen Substanzen o. dgl. Magnesiumoxid oder Magnesium zugegeben wird, d. h. das durch Zugabe erhalten wird, um unabhängig von der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Zusammensetzung enthalten zu sein. In der Erfindung werden jedoch Materialien, die Magnesiumoxid in Form einer Verbindung enthalten, für die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Zusammensetzung mit piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften vorzugsweise verwendet. Zu den vorzugsweise verwendeten Materialien zählen z. B. ein Material, das eine Hauptkomponente aus Bleimagnesiumniobat (PMN-System) enthält, ein Material, das eine Hauptkomponente aus Bleimagnesiumtantalat enthält, und ein Verbundmaterial, das aus einem derartigen Material und einem oben beschriebenen Material des PZT-Sytems besteht.
Unter den oben angeführten piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Materialien werden die Folgenden vorzugsweise verwendet: ein Material mit einer Hauptkomponente aus Bleimagnesiumniobat, Bleizirkonat und Bleititanat, ein Material mit einer Hauptkomponente aus Bleinickelniobat, Bleimagnesiumniobat, Bleizirkonat, und Bleititanat, ein Material mit einer Hauptkomponente aus Bleimagnesiumniobat, Bleinickeltantalat, Bleizirkonat und Bleititanat sowie ein Material mit einer Hauptkomponente aus Bleimagnesiumtantalat, Bleimagnesiumniobat, Bleizirkonat und Bleititanat. Weitere bevorzugte Materialien sind jene, die Additive von Oxiden oder andere Arten von Verbindungen enthalten, z. B. Lanthan, Barium, Niobium, Magnesium, Zink, Cerium, Cadmium, Chrom, Kobalt, Antimon, Eisen, Yttrium, Tantal, Wolfram, Nickel, Mangan, Lithium, Strontium und Wismut.
Im Fall eines solchen aus mehreren Komponenten bestehenden piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Materials können sich die piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften je nach Zusammensetzung der Komponenten verändern. Eine Zusammensetzung in der Grenznähe unter Phasen von pseudokubischem Kristalltetragonalem Kristall-rhomboedrischem Kristall ist für das Dreikomponentenmaterial wie etwa Bleimagnesiumniobat-Bleizirkonat-Bleititanat und das Vierkomponentenmaterial wie etwa Bleimagnesiumniobat-Bleinickeltantalat-Bleizirkonat-Bleititanat und Bleimagnesiumtantalat-Bleimagnesiumniobat-Bleizirkonat-Bleititanat, die sich für die vorliegende Erfindung eignen, vorzuziehen. Zu bevorzugten Zusammensetzungen zählen eine Zusammensetzung mit 15 bis 50 Mol-% Bleimagnesiumniobat, 10 bis 45 Mol-% Bleizirkonat und 30 bis 45 Mol-% Bleititanat, eine Zusammensetzung mit 15 bis 50 Mol-% Bleimagnesiumniobat, 10 bis 40 Mol-% Bleinickeltantalat, 10 bis 45 Mol-% Bleizirkonat, und 30 bis 45 Mol-% Bleititanat sowie eine Zusammensetzung mit 15 bis 50 Mal-% Bleimagnesiumniobat, 10 bis 40 Mol-% Bleimagnesiumtantalat, 10 bis 45 Mol-% Bleizirkonat und 30 bis 45 Mol-% Bleititanat, da sie hohe piezoelektrische Konstanten und hervorragende elektromechanische Kupplungskoeffizienten aufweisen.
Betreffend den Gehalt von Magnesiumoxid oder der es ergebenden Komponente im piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Material, wird es/sie - wenn es/sie in Form einer Verbindung enthalten ist, um eine Komponente einer piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Zusammensetzung zu bilden - in dieser Zusammensetzung als solche(s) verwendet. Wenn Magnesiumoxid oder die Magnesiumoxid ergebende Komponente in unabhängiger Form enthalten ist, wird der Gehalt je nach Menge von Aluminiumdioxid im Membranabschnitt 10 in einem Verhältnis bestimmt, das ausreicht, um damit eine Reaktion durchzuführen und die Verbindung zu erzeugen wobei der Grad die piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften der zu bildenden piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 nicht beeinträchtigt.
Die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 auf der unteren Elektrode 12 wird einer vorbestimmten Hitzebehandlung (Brennen) unterzogen, um eine einstückige Schichtstruktur zu erzeugen, wodurch die einstückige Verbindung auf dem Membranabschnitt 10 erzielt wird. Betreffend die Temperatur während der Hitzebehandlung (Brennen) wird im Allgemeinen eine Temperatur von etwa 500ºC bis 1400ºC gewählt. Vorzugsweise wird eine Temperatur im Bereich von 1000ºC bis 1400ºC gewählt. Wenn die filmförmige piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 hitzebehandelt (gebrannt) wird, ist es vorzuziehen, die Hitzebehandlung (den Brennvorgang) gemeinsam mit einer Verdampfungsquelle des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Materials durchzuführen, während die Atmosphäre gesteuert wird, damit die Zusammensetzung der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht bei hoher Temperatur nicht instabil wird. Als Alternative dazu wird empfohlen, ein Brennverfahren anzuwenden, bei dem ein geeignetes Abdeckelement auf die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 aufgelegt wird, damit die Oberfläche der piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 nicht direkt der Brennatmosphäre ausgesetzt ist. Bei diesem Verfahren besteht das Abdeckelement aus einem ähnlichen Material wie das Zirkoniumdioxidsubstrat 2.
Aufgrund der Hitzebehandlung (des Brennvorgang) für die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 kann diese so gesintert werden, dass sie Dichte besitzt und die erfindungsgemäßen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften annimmt. Außerdem ermöglicht es die Hitzebehandlung (der Brennvorgang) dem Magnesiumoxid oder der Magnesiumoxid ergebenden Komponente in der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14, sich zur unteren Elektrode 12 und zum Membranabschnitt 10 des Zirkoniumdioxidsubstrats 2 zu bewegen.
Entsprechend der Bewegung des Magnesiumoxids oder der Magnesiumoxid ergebenden Komponente bewegt sich auch das Aluminiumoxid, das, zumindest im Membranabschnitt 10 des Zirkoniumdioxidsubstrats 2 vorhanden ist, hin zur unteren Elektrode 12. Die verlagerte Aluminiumkomponente und die verlagerte Magnesiumoxidkomponente reagieren zumindest an der Grenze zwischen den Überhangabschnitten 14a und den Teilbereichen des Membranabschnitts 10 knapp darunter, um Verbindung verhindernde Teilchen 20, die eine vorbestimmte Verbindung umfassen, abzulagern. Die Teilchen bleiben an der Grenze bestehen. Aufgrund der geringen Reaktivität der abgelagerten Teilchen 20 in Bezug auf die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 wird zwischen den Überhangabschnitten 14a und den Teilbereichen des Membranabschnitts 10 unmittelbar darunter der unvollständige Verbindungszustand hergestellt. Somit wird die feste Verbindung oder Fusion, die sich ansonsten bilden würde, wirkungsvoll verhindert.
Da die Verbindung verhindernden Teilchen 20, die im Wesentlichen aus der Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid bestehen und durch den Brennvorgang erzeugt werden, zwischen die Überhangabschnitte 14a der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 und die Teilbereiche des Membranabschnitts 10 unmittelbar darunter gelangen, wird die feste Verbindung (Fusion), die ansonsten dazwischen entstehen würde, verhindert. Demzufolge wird die Restspannung auf der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 wirkungsvoll verringert. Es ist deshalb möglich, die Beeinträchtigung der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften wirkungsvoll zu verhindern. Außerdem ist es möglich, die Streuung des Sinterns der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14, die Streuung der Restspannung und die Streuung der Steifigkeit des Elements zu verhindern - diese Probleme würden ansonsten durch Streuung hinsichtlich der Anwesenheit oder Abwesenheit der Fusion (Verbindung) auftreten. Somit ist es möglich, die Streuung in den piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften und den Resonanzfrequenzeigenschaften wirkungsvoll zu verringern.
Betreffend das Zirkoniumdioxidsubstrat 2 mit dem Membranabschnitt 10, der die nach außen konvexe Form aufweist, wie sie für die Erfindung bevorzugt wird, wird diese nach außen konvexe Form durch den Brennvorgang für die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 im Allgemeinen in die nach innen konkave Form verändert.
Danach wird die obere Elektrode 16 zum Aufbau des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitts 18 auf der gebrannten piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 durch Verwendung eines Elektrodenmaterials gebildet, um die obere Elektrode 16 in gleicher Weise wie die untere Elektrode 12 gemäß verschiedener bekannter Filmbildungsverfahren zu formen. Es ist insbesondere wünschenswert, die obere Elektrode 16 gemäß einem Siebdruckverfahren auf der Basis von Resinat oder Dickfilmpaste oder gemäß einem Dünnfilmbildungsverfahren wie etwa Sputtern, Ionenstrahlen, Vakuumablagern, Ionenplattieren, CVD und Plattieren auszubilden. Der Brennvorgang wird gegebenenfalls für die Ausbildung der oberen Elektrode 16 durchgeführt. Insbesondere beim Formen der oberen Elektrode 16 wird dafür gesorgt, dass die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 aufgrund des Vorhandenseins der Überhangabschnitte 14a die untere Elektrode 12 abdecken kann. Die obere Elektrode 16 kann demzufolge leicht auf der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 ausgebildet werden, ohne das Problem des Kurzschlusses mit der unteren Elektrode 12 zu berücksichtigen. Dieses Merkmal kommt vor allem dann zur Geltung, wenn viele piezoelektrische und/oder elektrostriktive Betriebsabschnitte 18 in einem schmalen Bereich angeordnet sind. Die Dicke der oberen Elektrode 16 (die Dicke nach Durchführung des allfälligen Brennvorgangs) beträgt im Allgemeinen höchstens 20 um, vorzugsweise höchstens 5 um. Die gesamte Dicke des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitts 18 (nach dem Brennen), der durch Hinzufügen der Dicke der oberen Elektrode 16 zur Dicke der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 und der Dicke der unteren Elektrode 12 erhalten wird, beträgt im Allgemeinen höchstens 100 um, vorzugsweise höchstens 50 um.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für das gemäß dem oben beschriebenen Verfahren A erzeugte piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement. In dieser Ausführungsform sind die abgelagerten und Verbindung verhindernden Teilchen 20 aus Aluminiumoxid-Magnesiumoxid-Verbindung, die im Wesentlichen aus der durch die Reaktion von Aluminiumoxid und Magnesiumoxid gebildeten Verbindung bestehen, im Wesentlichen über die gesamte Nähe des Membranabschnitts 10, der unteren Elektrode 12 und der Überhangabschnitte 14a verteilt. Aufgrund der geringen Reaktivität der abgelagerten Teilchen 20 in Bezug auf die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 wird festes Zusammenkleben oder Zusammenwachsen verhindert, das ansonsten zwischen den Überhangabschnitten 14a der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 und den Teilbereichen des Membranabschnitts 10 unmittelbar darunter entsteht. Somit wird der unvollständige Verbindungszustand dazwischen hergestellt. In Fig. 3 ist eine untere Öffnung des Fensters 6 der Basisplatte 4 durch die Abdeckplatte 5 abgedeckt und geschlossen, um den inneren Hohlraum 7 zu bilden. In dieser Ausführungsform wird das Zirkoniumdioxidsubstrat 2 einstückig durch die Basisplatte 4, die Abdeckplatte 5 und die Membranplatte 8 gebildet.
Obiges Verfahren B, das eines der Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements ist, unterscheidet sich insofern von Verfahren A, als kein Aluminiumoxid zumindest im Membranabschnitt 10 des Zirkoniumdioxidsubstrats 2 besteht. Verfahren B ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass Aluminiumoxid in der unteren Elektrode 12 besteht. Um die Aluminiumoxid enthaltende untere Elektrode 12 zu bilden, kann sie auf der Außenfläche des Membranabschnitts 10 des Zirkoniumdioxidsubstrats 2 durch Verwendung von Elektrodenmaterial, das Aluminiumoxid oder eine Aluminiumoxid ergebende Komponente enthält, gemäß einem ähnlichen Filmbildungsverfahren wie oben ausgebildet werden. Ferner wird in dieser Ausführungsform der Brennvorgang gegebenenfalls auf die untere Elektrode 12 angewendet. Demzufolge bewegt sich das Aluminiumoxid, das in der unteren Elektrode 12 bestehen kann, zur Grenze zwischen den Überhangabschnitten 14a und den Teilbereichen des Membranabschnitts 10 unmittelbar darunter bzw. gegenüber; dies erfolgt gemeinsam mit der in der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 enthaltenen Magnesiumoxidkomponente nach dem Brennen der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht. Somit werden die Verbindung verhindernden Teilchen 20, die im Wesentlichen aus der Verbindung bestehen, die durch Reaktion von Aluminiumoxid und Magnesiumoxid gebildet wird, abgelagert. Die abgelagerten Teilchen 20 sorgen für die wirkungsvolle Verhinderung der Verbindung, die ansonsten zwischen den Überhangabschnitten 14a und den Teilbereichen des Membranabschnitts 10 gegenüber entstehen würde. Verfahren 8 wird vorzugsweise dann angewendet, wenn die Überhangabschnitte 14a aufgrund der eingeschränkten Bewegung des Aluminiumoxids von der unteren Elektrode 12 eine relativ kurze Länge aufweisen.
In dieser Ausführungsform enthält das Elektrodenmaterial zur Erzeugung der unteren Elektrode 12 leitendes Material (wie oben beschrieben) sowie Aluminiumoxid oder die Aluminiumoxid ergebende Komponente im Allgemeinen in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 10 Gew.-%, noch bevorzugter 4 bis 10 Gew.-%. Wenn die Menge an Aluminiumoxid oder die Aluminiumoxid ergebende Komponente einen Wert von 30 Gew.-% übersteigt, tritt das Problem der elektrischen Kontinuität als Elektrode auf. Wenn die Menge weniger als 1 Gew.-% ist, nimmt die Menge der abgelagerten Aluminiumoxid-Magnesiumoxid-Verbindungsteilchen 20 ab, und es ist schwierig, die Verbindung verhindernde Wirkung der Teilchen 20 zur Geltung zu bringen. Man beachte, dass die Komponente, die Aluminiumoxid ergibt, eine Komponente wie z. B. eine einfache Substanz aus Aluminium ist, die im folgenden Brennschritt in Aluminiumoxid umgewandelt werden kann o. dgl.
Die oben beschriebenen Verfahren C und D stellen das dritte und vierte Verfahren zum Erhalten des erfindungsgemäßen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements dar. Das gebrannte Zirkoniumdioxidsubstrat 2 wird hergestellt, sofern keine Aluminiumoxidkomponente enthalten ist. Eine Trennschicht befindet sich zumindest um den Bereich, auf dem die untere Elektrode 12 auf der Außenfläche des Membranabschnitts 10 des Zirkoniumdioxidsubstrats 2 ausgebildet ist. Die Trennschicht enthält Aluminiumoxid oder eine Aluminiumoxid ergebende Komponente; Aluminiumoxid oder eine Aluminiumoxid ergebende Komponente; oder Teilchen, die hauptsächlich aus der Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid bestehen. Der Brennvorgang findet im Bedarfsfall statt. Die untere Elektrode 12 wird vor oder nach der Bildung der Trennschicht in gleicher Weise wie in obigen Verfahren A und B auf der Außenfläche des Membranabschnitts 10 ausgebildet. Gegebenenfalls erfolgt das Brennen für die untere Elektrode 12. Die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 wird auf der unteren Elektrode 12 ausgebildet, und das Brennen erfolgt für die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14. Somit können sich die Teilchen 20, die im Wesentlichen aus der Aluminiumoxid-Magnesiumoxid-Verbindung bestehen, ablagern und zumindest an der Grenze zwischen die Überhangabschnitte 14a des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14a und die Teilbereiche des Membranabschnitts 10 unmittelbar darunter gelangen, um die Verbindung zu verhindern, die ansonsten zwischen den Überhangabschnitten 14a und den Teilbereichen des Membranabschnitts 10 unmittelbar darunter eintreten würde.
Wenn das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement gemäß den Verfahren C und D erzeugt wird (siehe Fig. 4), ist eine eingeschobene Schicht 21, die aus den Teilchen der Aluminiumoxid-Magnesiumoxid-Verbindung besteht, um die untere Elektrode 12 angeordnet, nachdem der Brennvorgang für die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 stattgefunden hat. Die eingeschobene Schicht 21 befindet sich zwischen den Überhangabschnitten 14a der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 und den Teilbereichen des Membranabschnitts 10. Das geringe Reaktionsvermögen der Teilchen 20 der Aluminiumoxid-Magnesiumoxid- Verbindung zum Aufbau der eingeschobenen Schicht 21 in Bezug auf die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 14 verhindert das Verschmelzen oder Zusammenkleben auf wirkungsvolle Weise, ein Problem, das ansonsten zwischen den Überhangabschnitten 14a und den Teilbereichen des Membranabschnitts 10 (unmittelbar darunter angeordnet) entstehen würde. Somit wird günstigerweise der unvollständige Verbindungszustand dazwischen hergestellt.
Im Fall von Verfahren C besteht die Trennschicht, die um den Bereich zur Ausbildung der unteren Elektrode 12 angeordnet ist, aus Aluminiumoxid oder der Aluminiumoxid ergebenden Komponente. Daher reagiert die Aluminiumoxidkomponente in der Trennschicht mit der Magnesiumoxidkomponente, die sich von der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 verlagerte, sodass die eingeschobene Schicht 21, die Teilchen aus Aluminiumoxid-Magnesiumoxid-Verbindung 20 umfasst, gebildet wird. Betreffend das Verfahren D besteht die Trennschicht aus Aluminiumoxid oder der Aluminiumoxid ergebenden Komponente sowie Magnesiumoxid oder der Magnesiumoxid ergebenden Komponente. Daher wird die Reaktion der Aluminiumoxidkomponente und der Magnesiumoxidkomponente in der Trennschicht beim Brennen der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 hervorgerufen. Somit werden die Teilchen 20 aus Aluminiumoxid-Magnesiumoxid-Verbindung erzeugt und die eingeschobene Schicht 21 ausgebildet. Als Alternative dazu kann im Fall von Verfahren D die Trennschicht aus den Teilchen 20 zusammengesetzt sein, die im Wesentlichen die Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid umfassen. Daher ist die Trennschicht als eingeschobene Schicht 21 als solche zwischen den Überhangabschnitten 14a und den Teilbereichen des Menibranabschnitts 10 angeordnet, um das feste Verbinden oder Zusammenkleben dazwischen zu verhindern.
Die Trennschicht, welche die eingeschobene Schicht 21 aus den Teilchen 20 der Aluminiumoxid-Magnesiumoxid-Verbindung ergibt, ist so ausgebildet, dass die Dicke der eingeschobenen Schicht 21 im Allgemeinen 0,1 bis 10 um, günstigerweise 0,2 bis 5 um, beträgt. Wenn die Dicke der eingeschobenen Schicht 21 10 um übersteigt, nimmt die Steifigkeit des Membranabschnitts 10 zu, und es tritt das Problem auf, dass das Sintern der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 beeinträchtigt wird. Wenn die Dicke weniger als 0,1 um beträgt, tritt das Problem auf, dass die Wirkung der dazwischen gelangenden Schicht nicht ausreichend ist. Die Trennschicht ist nicht darauf beschränkt, nur teilweise um den Membranabschnitt 10 ausgebildet zu sein, auf dem sich die untere Elektrode 12 befindet. Es ist durchaus möglich, dass die Trennschicht über die gesamte Oberfläche des Membranabschnitts 10 ausgebildet ist, auf dem sich die untere Elektrode 12 befindet.
Das somit erhaltene erfindungsgemäße piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement weist die folgenden Merkmale auf. Das feste Verbinden bzw. Zusammenkleben, das ansonsten zwischen den Überhangabschnitten 14a der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 und den Teilbereichen des Membranabschnitts 10, wo die untere Elektrode 12 fehlt, wird vermieden. Somit wird dazwischen der unvollständige Verbindungszustand hergestellt. Demzufolge ist es möglich, dass die ursprünglichen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitts 18 zur Geltung kommen. Außerdem wird die Restspannung der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 14 vermindert. Aus diesem Grund verbessern sich die Verlagerungseigenschaften, und deren Streuung kann wirkungsvoll eingeschränkt werden. Das erfindungsgemäße piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement kann daher zahlreichen Verwendungszwecken wie z. B. Wandlern, Sensoren und Aktuatoren zugeführt werden.
Im erfindungsgemäßen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelement kommen aufgrund der Wirkungsweise des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitts auf der Außenfläche des Membranabschnitts das Verlagerungsausmaß und die Kraft gut zur Geltung. Das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement kann demzufolge günstigerweise als piezoelektrischer und/oder elektrostriktiver Aktuator verwendet werden. Das Element der Erfindung eignet sich besonders als unimorpher oder bimorpher Aktuator zur Erzeugung von Biegeverlagerung für Filter, für verschiedene Sensoren wie z. B. Ultraschallsensoren, Winkelgeschwindigkeitssensoren, Beschleunigungssensoren und Stoßsensoren, Mikrofone, Schallkörper (Lautsprecher u. dgl.), Diskriminatoren, Vibratoren, Oszillatoren und Resonatoren zur Stromerzeugung und Kommunikation sowie für Anzeigen, Servoverlagerungselemente, wie sie von Kenji Makinon in "Piezoelektric and/or electrostrictive actuators: from the basis to application (herausgegeben vom Japan Industrial Technology Center im Morikita-Syuppan-Verlag) beschrieben sind, für Impuls-Motoren, Ultraschallmotoren und piezoelektrische Gebläse. Das Element der Erfindung kann auch vorzugsweise als Dickfilmkondensatorelement verwendet werden.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines konkreten Beispiels für das erfindungsgemäße piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement. Fig. 6 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Elements von Fig. 5. Das dargestellte piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement besitzt eine Struktur, in der das · Zirkoniumdioxidsubstrat 22 und der piezoelektrische und/oder elektrostriktive Betriebsabschnitt 24 auf der Außenfläche des Membranabschnitts zu einer einzigen Einheit kombiniert sind. Der piezoelektrische und/oder elektrostriktive Betriebsabschnitt 24 wird gemäß einer angelegten Spannung betrieben, sodass der dünnwandige Membranabschnitt des Zirkoniumdioxidsubstrats 22 verbogen und verformt wird.
Genauer gesagt ist das Zirkoniumdioxidsubstrat 22 einstückig ausgebildet und besitzt eine Struktur, in der eine dünnwandige Verschlussplatte mit flacher Plattenform (Membranplatte) 26 und eine Verbindungsplatte (Basisplatte) 28 aus vorbestimmten Zirkoniumdioxidmaterialien übereinander gelagert sind, wobei eine Abstandhalterplatte (Basisplatte) 30, die auch ein vorbestimmtes Zirkoniumdiosidmaterial umfasst, dazwischen angeordnet ist. Eine kommunizierende Öffnung 32 ist durch die Verbindungsplatte 28 hindurch ausgebildet. Die Anzahl, Form, Größe und Position der kommunizierenden Öffnung(en) 32 sind je nach Anwendung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements entsprechend ausgewählt. Mehrere quadratische Fenster 36 (in dieser Ausführungsform drei) sind durch die Abstandhalterplatte 30 ausgebildet. Die Abstandhalterplatte 30 liegt auf der Verbindungsplatte 28 auf, sodass jede der kommunizierenden Öffnungen 32, die durch die Verbindungsplatte 28 ausgebildet sind, für jedes der Fenster 36 geöffnet sind. Die Verschlussplatte 26 befindet sich auf der Oberfläche der Abstandhalterplatte 30 gegenüber der Seite, auf der die Verbindungsplatte 28 aufliegt. Die Öffnungen der Fenster 36 werden durch die Verschlussplatte 26 abgedeckt und verschlossen. Somit sind Druckkammern 38, die durch die kommunizierenden Öffnungen 32 hindurch mit dem Äußeren kommunizieren, an der Innenseite des Zirkoniumdioxidsubstrats 22 ausgebildet. Das Zirkoniumdioxidsubstrat 22 ist als einstückig gebranntes Substrat ausgebildet, das aus vorbestimmten oben beschriebenen Zirkoniumdioxidmaterialien besteht. Die vorliegende Ausführungsform veranschaulicht das Substrat mit dreischichtiger Struktur, bestehend aus der Verschlussplatte (Membranplatte), Abstandhalterplatte (Basisplatte) und Verbindungsplatte (Basisplatte). Es ist jedoch auch zulässig, ein Substrat mit vierschichtiger, fünfschichtiger oder mehrschichtiger Struktur zu verwenden.
Das Zirkoniumdioxidsubstrat 22 enthält auch filmförmige piezoelektrische und/oder elektrostriktive Betriebsabschnitte 24, die in Bereichen angeordnet sind, die jeder der Druckkammern 38 auf der Außenfläche der Verschlussplatte 26 entsprechen. Der piezoelektrische und/elektrostriktive Betriebsabschnitt 24 wird durch hintereinander erfolgendes Ausbilden der unteren Elektrode 40, der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 42 und der oberen Elektrode 44 gemäß dem Filmbildungsverfahren in einem Bereich der Verschlussplatte 26, der jedem der Fenster 36 des Zirkoniumdioxidsubstrats 22 entspricht, d. h. auf der Außenfläche des Membranabschnitts, aufgebaut. Wenn daher das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement betrieben wird, wird das Innere der Druckkammer 38 auf der Basis des Betriebs des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitts 24 unter Druck gesetzt. Somit kann in der Druckkammer 38 enthaltene Flüssigkeit wirkungsvoll abfließen. Das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement mit dieser Struktur kann nicht nur als Aktuator, sondern auch als Sensor zum Aussenden von Biegeverlagerung auf dem Membranabschnitt in Form eines Spannungssignals verwendet werden. In der folgenden Erklärung wird der Bereich der Verschlussplatte 26, der dem Fenster 36 entspricht, als Membranabschnitt 27 bezeichnet.
Im piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelement mit der oben beschriebenen Struktur erstrecken sich zumindest Teile peripherer Kantenabschnitte der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 42 seitlich über die korrespondierenden peripheren Kantenabschnitte der unteren Elektrode 40 hinaus, um gegenüber angeordnete Überhangabschnitte 42a über Teilbereichen des Membranabschnitts 27 in gleicher Weise wie oben auszubilden. Die Verbindung verhindernden Teilchen 20, die hauptsächlich aus der Aluminiumoxid-Magnesiumoxid-Verbindung bestehen, können zwischen die Überhangabschnitte 42a und die Teilbereiche des Membranabschnitts 27 (unmittelbar darunter angeordnet) gelangen. Somit wird der unvollständige Verbindungszustand dazwischen hergestellt.
Das erfindungsgemäße piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement kann - wie oben beschrieben - als Aktuator, Sensor und Wandler zum Aufbau von Bauteilen für Lautsprecher, Anzeigen, Servoverlagerungselemente, Pulsantriebsmotoren, Ultraschallmotoren, Beschleunigungssensoren, Stoßsensoren, Vibratoren, Oszillatoren und Resonatoren verwendet werden. Natürlich kann das erfindungsgemäße piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement auch anderen Anwendungszwecken zugeführt werden.

Beispiele

Die nachfolgenden repräsentativen Beispiele der Erfindung sollen diese näher erläutern. Es ist jedoch zu beachten, dass die Erfindung keinesfalls auf die Beschreibung der Beispiele beschränkt ist. Mn beachte, dass die Erfindung von Fachleuten auf dem Gebiet in unterschiedlicher Weise verändert, korrigiert oder modifiziert werden kann, ohne vom Schutzumfang der Erfindung oder ihren wesentlichen Eigenschatten, wie sie in den folgenden Beispielen und obigen Ausführungsformen erklärt sind, abzuweichen.

Beispiel 1

Um die in Fig. 5 und 6 gezeigten piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelemente zu erzeugen, wurden gebrannte Zirkoniumdioxidsubstrat 22 hergestellt, wobei ihre Membranabschnitte 27 (Verschlussplatten 26) unterschiedliche Aluminiumoxidgehalte aufweisen (siehe weiter unten folgende Tabelle 1); in jedem von ihnen waren zehn rechteckige Fenster 36 mit einer Größe von jeweils 0,3 · 0,5 mm in Längsrichtung des Substrats angeordnet und in paralleler Richtung zu ihren Seiten von 0,3 mm ausgerichtet, wobei der Abstand dazwischen jeweils 0,2 mm betrug. Die untere Elektrode 40, die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 42 und die obere Elektrode 44 wurden der Reihe nach übereinander geschichtet und in jeweils vorbestimmten Größen auf der Außenfläche des Membranabschnitts 27 des Zirkoniumdioxidsubstrats 22 ausgebildet. Die jeweiligen Schichten wurden solcherart ausgebildet, dass die untere Elektrode 40 eine Querbreite von 0,24 mm aufwies, die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 42 eine Querbreite von 0,32 mm und die obere Elektrode 44 eine Querbreite von 0,26 mm (dargestellt durch die Größen des Elements nach dem Brennen von Fig. 5). Die kommunizierenden Öffnungen 32 mit einem Durchmesser von 0,2 mm wurden durch die Verbindungsplatte 28 hindurch ausgebildet, um das Zirkoniumdioxidsubstrat 22 solcherart aufzubauen, dass sich jede der kommunizierenden Öffnungen 32 im Mittelpunkt des Fensters 36 mit einer Querbreite von 0,30 mm befand.
Das Element wurde so erzeugt, dass die Verbindungsplatte 28 und die Abstandhalterplatte 30, die den Basisabschnitt (die Basisplatte) des Zirkoniumdioxidsubstrats 22 bilden, eine Dicke von 150 um nach dem Brennen aufwiesen, während die den Membranabschnitt darstellende Verschlussplatte 26 eine Dicke von 14 um nach dem Brennen aufwies. Die Verbindungsplatte 28, die Abstandhalterplatte 30 und die Verschlussplatte 26 bestanden aus einem Material, das auf der Verwendung von teilweise mit 3 Mol-% Yttriumoxid stabilisiertem Zirkoniumdioxid basiert. Die Verschlussplatte 26 wurde auf die Verbindungsplatte 28 und die Abstandhalterplatte 30 aufgebracht, um das zu einer einzigen Einheit kombinierte Zirkoniumdioxidsubstrat zu erhalten. Zu diesem Zweck wurden grüne Tafeln für die jeweiligen Platten wie folgt erzeugt, übereinander geschichtet und unter Druck zusammengeklebt, gefolgt von Brennen:
(a) Herstellung der grünen Tafel für die Verschlussplatte 26
Zirkoniumdioxidpulver, teilweise stabilisiert mit 3 Mol-St Yttriumoxid (durchschnittlicher Teilchendurchmesser 0,4 um) (100-x) Gewichtsteile
Aluminiumoxidpulver (durchschnittlicher Teilchendurchmesser 0,2 um) x Gewichtsteile
Polyvinylbutyralharz (Bindemittel) 9,0 Gewichtsteile
Dioctylphthalat (Weichmacher) 4,5 Gewichtsteile
Dispergiermittel, umfassend Sorbitanfettsäureester 2,0 Gewichtsteile
Gemischtes Lösungsmittel aus Toluol/Isopropylalkohol (50/50) 70 Gewichtsteile
Diese Zusammensetzung wurde in einer Topfmühle unter Einsatz eines Zirkoniumdioxid-Mahlsteins vermischt, um eine Aufschlämmung mit einer anfänglichen Viskosität von 1200 cps (Centipoise) zu erhalten. Als nächstes wurde diese Aufschlämmung unter Vakuum entlüftet und ihre Viskosität auf 2000 cps eingestellt. Danach diente ein Umkehrwalzbeschichter dazu, eine grüne Tafel zu formen, sodass der Membranabschnitt mit einer Dicke von 8 bis 14 um nach dem Brennen entstand. Das Trocknen erfolgte 10 Minuten lang bei 50ºC.
(b) Herstellung von grünen Tafeln für die Verbindungsplatte 28 und die Abstandhalterplatte 30
Zirkoniumdioxidpulver, teilweise stabilisiert mit 3 Mol-St Yttriumoxid (durchschnittlicher Teilchendurchmesser 0,4 um) 100 Gewichtsteile
Polyvinylbutyralharz (Bindemittel) 8,0 Gewichtsteile
Dioctylphthalat (Weichmacher) 4,0 Gewichtsteile
Dispergiermittel, umfassend Sorbitanfettsäureester 1,0 Gewichtsteil
Gemischtes Lösungsmittel aus Xylol/normalem Butylalkohol (50/50) 63 Gewichtsteile
Diese Zusammensetzung wurde in einer Topfmühle unter Einsatz eines Zirkoniumdioxid-Mahlsteins vermischt, um eine Aufschlämmung mit einer anfänglichen Viskosität von 2000 cps zu erhalten. Als nächstes wurde diese Aufschlämmung unter Vakuum entlüftet und ihre Viskosität auf 5000 cps eingestellt. Danach diente eine Rakelvorrichtung dazu, eine grüne Tafel zu formen, sodass die Dicke nach dem Brennen 150 um betrug. Das Trocknen erfolgte 2 Stunden lang bei 80ºC.
Die wie oben erhaltenen grünen Tafeln für die Verbindungsplatte und Abstandhalterplatte wurden mittels vorbestimmter Formen mustergestanzt (Ausbildung der kommunizierenden Öffnung 32 und der Fenster 36). Anschließend wurde die grüne Tafel für die erzeugte Verschlussplatte aufgelegt, gefolgt vom thermischen Verkleben bei 80ºC über den Zeitraum von 1 Minute bei einem Druck von 100 kg/cm². Die somit erhaltene kombinierte einstückige Schichteinheit wurde 2 Stunden lang bei einer Temperatur von 1500ºC gebrannt, um verschiedene Zirkoniumdioxidsubstrate 22 zu erhalten, deren Membranabschnitte 27 unterschiedliche Aluminiumoxidmengen aufwiesen.
Als nächstes wurde eine Platinpaste nach dem Siebdruckverfahren an einer vorbestimmten Position auf die Außenfläche des Membranabschnitts 27 unter Verwendung der erhaltenen Zirkoniumdioxidsubstrate 22 aufgedruckt, sodass die Dicke nach dem Brennen 3 um betrug. Das Trocknen erfolgte 10 Minuten lang bei 120ºC, gefolgt vom zweistündigen Brennen bei 1350ºC zur Bildung der unteren Elektrode 40.
Danach wurde eine Paste zur Bildung der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht gemäß dem Siebdruckverfahren auf die untere Elektrode 40 aufgedruckt, sodass die Dicke nach dem Brennen 30 um betrug. Das Trocknen erfolgte 20 Minuten lang bei 120ºC, gefolgt vom zweistündigen Brennen bei 1275ºC zur Bildung der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 42. Die Bildung der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 42 führte dazu, dass die gebildeten Überhangabschnitte 42a eine Länge von etwa 0,04 mm in Querrichtung von Fig. 5 aufwiesen. Pulver (durchschnittlicher Teilchendurchmesser 0,9 um) eines Materials, das 38 Mol-% Bleimagnesiumniobat, 24 Mol-% Bleizirkonat und 38 Mol-% Bleititanat (ein Teil von Pb wurde durch Sr und La ersetzt) umfasste, diente als piezoelektrisches und/oder elektrostriktives Material. Eine Zusammensetzung, die 100 Gewichtsteile des Pulvers, 3 Gewichtsteile eines Acrylbindemittels und 20 Gewichtsteile Terpineol (Lösungsmittel) enthielt, wurde gemischt und geknetet, um eine Paste mit einer Viskosität von 100.000 cps zu erzeugen. Auf diese Weise entstand die Paste zum Formen der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht. Nach dem Brennen der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 42 konnte das Pulver aus piezoelektrischem und/oder elektrostriktivem Material, das zur Herstellung der Paste zum Formen der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht diente, in einem Brennofen bestehen, sodass die Brennatmosphäre gesteuert wurde.
Nach dem Abschluss des Brennvorgangs für die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 42 wurde mittels Sputtern ein Dünnfilm aus Cr auf der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 42 ausgebildet und darauf ein Cu- Film ausgebildet, um die obere Elektrode 44 zu erzeugen. Auf diese Weise entstanden die verschiedenen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelemente. Eine Spannung von 40 V wurde 10 Minuten lang in Vorwärtsrichtung in Bezug auf die Verlagerungsrichtung zwischen der oberen Elektrode 44 und der unteren Elektrode 40 jedes der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitte 24 der erhaltenen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelemente angelegt, sodass die Polarisierungsbehandlung erfolgen konnte.
Das durchschnittliche Verlagerungsausmaß (angetrieben durch die angelegte Spannung von 30 V), die Streuung der Verlagerung und der unvollständige Verbindungszustand zwischen den Überhangabschnitten 42a der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 42 und den Teilbereichen des Membranabschnitts 27 (gegenüberliegend unmittelbar darunter angeordnet), in denen die untere Elektrode 40 fehlte, wurden für die verschiedenen somit erhaltenen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelemente untersucht (n = 5, die Anzahl der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitte 24 = 50). Die Ergebnisse sind aus der weiter unten folgenden Tabelle 1 ersichtlich.
Der unvollständige Verbindungszustand wurde durch Messen der Abschälfestigkeit der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 42 untersucht. Zunächst wurde eine Platinpaste für die untere Elektrode mittels Siebdrucks auf ein Keramiksubstrat (Dicke 300 um), das die gleiche Zusammensetzung wie die Verschlussplatte 26 aufwies, aufgedruckt. Das Trocknen erfolgte 10 Minuten lang bei 120ºC, gefolgt von zweistündigem Brennen bei 1350ºC, um ein Keramiksubstrat mit einem Elektrodenfilm zu erhalten, in dem der Platinelektrodenfilm eine Dicke von 3 um und das Elektrodenmuster eine Größe von 5 · 5 mm aufwies. Als nächstes wurde die tatsächlich verwendete piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 42 auf dem mit dem Elektrodenfilm versehenen Keramiksubstrat ausgebildet, sodass sich der Elektrodenfilm im Mittelpunkt befand und das Muster nach dem Brennen eine Größe von 10 · 10 mm und eine Dicke von 30 um aufwies, gefolgt von Brennen unter den gleichen Bedingungen, wie sie für das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement herrschten. Somit wurde eine zu bewertende Probe erhalten, in der die peripheren Kantenabschnitte der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht Überhangabschnitte waren. Um die Abschälfestigkeit der zu bewertenden Probe zwischen dem Keramiksubstrat und dem Überhangabschnitt der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (kein Elektrodenfilm darunter ausgebildet) zu messen, wurde der Überhangabschnitt gemeinsam mit dem Keramiksubstrat mittels Laser zur einer Größe von 2 · 2 mm geschnitten. Die Abschälfestigkeit wurde für ein erhaltenes Stück des Überhangabschnitts gemessen. Ein Anschlussdraht vom L-Typ zur Messung der Abschälfestigkeit mit einer Dicke von 0,8 mm im Durchmesser wurde mit einem Klebstoff auf die Oberfläche des 2 · 2 mm großen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Films geklebt. Der Anschlussdraht wurde mit einer Geschwindigkeit von 20 mm/min mittels eines Zugfestigkeitstestgeräts gestreckt. Die Abschälfestigkeit wurde durch Berechnen eines Werts pro 1 mm², bei dem sich die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht ablöste, ermittelt. Tabelle 1
*: Vergleichsbeispiel
Gemäß den Ergebnissen von Tabelle 1 ergaben sich die folgenden Tatsachen: Die piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelemente Nr. 1 und 2, in denen die vorbestimmte Menge an Aluminiumoxid im Membranabschnitt 27 des Zirkoniumdioxidsubstrats 22 enthalten war, umfassten Magnesiumoxid in Form der Verbindung im piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Material zur Ausbildung der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 42. Die Magnesiumoxidkomponente bewegte sich also während des Brennvorgangs der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 42 und reagierte mit der Aluminiumoxidkomponente im Membranabschnitt 27 an der Grenze zwischen den Überhangabschnitten 42a und den Teilbereichen des Membranabschnitts 27 (unmittelbar darunter angeordnet), um die Teilchen, die im Wesentlichen aus der Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid bestehen, zu erzeugen und abzulagern, wobei die Verbindung Spinell ist. Auf diese Weise lagerten sich die Teilchen wie in Fig. 3 dargestellt ab. Das feste Verschmelzen oder Zusammenkleben, das ansonsten dazwischen auftreten würde, konnte wirkungsvoll verhindert werden, sodass hervorragende Verlagerungseigenschaften erzielt wurden.
Wenn jedoch kein Aluminiumoxid im Membranabschnitt 27 des Zirkoniumdioxidsubstrats 22 zum Aufbau des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements (Nr. 3) vorhanden war, lagerte sich kein Teilchen der Magnesiumoxid-Aluminiumoxid- Verbindung wie z. B. Spinell an der Grenze zwischen den Überhangabschnitten 42a der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 42 und den Teilbereichen des Membranabschnitts 27 (unmittelbar darunter angeordnet) ab. Demzufolge war die Grenze verklebt. Man konnte beobachten, dass das Verlagerungsausmaß des Elements gering und die Streuung der Verlagerung groß war.

Beispiel 2

Die grünen Tafeln für die Verbindungsplatte 28 und die Abstandhalterplatte 30 wurden gemeinsam mit der grünen Tafel für die Verschlussplatte 26 ohne Aluminiumoxidpulver (x Gew.-% = 0) wie in Beispiel 1 verwendet, um ein gebranntes Zirkoniumdioxidsubstrat 22 mit zehn rechteckigen Fenstern 36 herzustellen, die ebenfalls wie in Beispiel 1 in Längsrichtung angeordnet waren.
Als nächstes wurde eine vorbestimmte Trennschicht mittels Siebdrucks aufgedruckt und durch Brennen (2 Stunden lang bei 1450ºC) so geformt, dass sie eine Breite von 0,10 mm aufwies; dies geschah auf Teilbereichen des Membranabschnitts 27 unter Verwendung eines Pastenpräparats aus Aluminiumoxidpulver oder aus Spinellpulver, sodass die Trennschicht mit peripheren Kantenabschnitten der unteren Elektrode 40 um einen Bereich überlagert werden konnte, in dem die untere Elektrode 40 auf Außenflächen der Teilbereiche des Membranabschnitts 27 wie oben erhaltenen gebrannten Zirkoniumdioxidsubstrats 22 ausgebildet war. Die Dicke der Trennschicht betrug nach dem Brennen 2 um.
Danach wurden die untere Elektrode 40, die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 42 und die obere Elektrode 44 der Reihe nach auf dem Membranabschnitt 27 ausgebildet, der jedem der Fenster 36 des wie in Beispiel 1 erhaltenen Zirkoniumdioxidsubstrats 22 entsprach, um das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Filmelement zu erzeugen, in dem zehn piezoelektrische und/oder elektrostriktive Betriebsabschnitte angeordnet waren.
Die zwei Arten der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelemente (Nr. 4 und 5) wurden somit erhalten. Ihr Verlagerungsausmaß (Durchschnittswert) und die Verlagerungsstreuung wurden in gleicher Weise wie in Beispiel 1 untersucht, und auch der unvollständige Verbindungszustand zwischen den Überhangabschnitten 42a der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 42 und den Teilbereichen des Membranabschnitts 27 (unmittelbar darunter angeordnet) wurde auf der Basis der Abschälfestigkeit wie in Beispiel 1 ermittelt. Die Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle 2 aufgelistet. Bewertungsproben zur Messung der Abschälfestigkeit wurden in Beispiel 2 folgendermaßen hergestellt. Eine Trennschicht aus Aluminiumoxid oder Spinell (2 mm Dicke), die jener des obigen Elements ähnelte, gelangte zwischen das Keramiksubstrat und die Überhangabschnitte der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht, die gebrannt wurde. Tabelle 2
Anhand der Ergebnisse von Tabelle 2 ergaben sich die folgenden Ergebnisse. Die das Aluminiumoxidpulver oder Spinellpulver umfassend Trennschicht gelangte zwischen die Überhangabschnitte 42a und die Teilbereiche des Membranabschnitts 27, um die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht 42 zu brennen. Somit konnte das feste Zusammenkleben, das ansonsten dazwischen auftreten würde, wirkungsvoll vermieden werden. Es entstand ein Element, dessen Verlagerungsausmaß groß und Verlagerungsstreuung klein war. Die Spinellpulver umfassende Trennschicht wies nach dem Brennvorgang der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 42 natürlich die eingeschobene, Spinellteilchen 20 umfassende Schicht 21 (siehe Fig. 4) auf. Ferner wurde für die Trennschicht mit dem Aluminiumoxidpulver bestätigt, dass die Aluminiumoxidkomponente mit der Magnesiumoxidkomponente reagierte, die sich während des Brennens der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht 42 aus dieser bewegte, um die Verbindung wie z. B. Spinell zu erzeugen, die abgelagert wurde, und die eingeschobene Schicht 21 auszubilden, die Verbindungsteilchen 20 wie z. B. Spinellteilchen enthielt.
Es ergibt sich aus der obigen Beschreibung, dass im erfindungsgemäßen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelement infolge des Eindringens der Teilchen, die im Wesentlichen aus der Aluminiumoxid-Magnesiumoxid-Verbindung bestehen, der unvollständige Verbindungszustand zwischen den Überhangabschnitten der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitts und den Teilbereichen des Membranabschnitts (unmittelbar darunter angeordnet), in dem keine untere Elektrode angeordnet ist, hergestellt wird. Somit kommt es zu keiner Einschränkung, die ansonsten aufgrund des Zusammenklebens oder Verschmelzens dazwischen eintreten würde. Es ist daher möglich, die Betriebseigenschaften oder das Verlagerungsausmaß des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitts wirkungsvoll zu verbessern.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements können sich die im Wesentlichen aus der Aluminiumoxid-Magnesiumoxid-Verbindung bestehenden Teilchen an der Grenze zwischen den Überhangabschnitten und den Teilbereichen des Membranabschnitts (unmittelbar darunter angeordnet) während des Brennvorgangs der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht ablagern oder können dazwischen gelangen. Aufgrund der geringen Reaktivität der Verbindungsteilchen mit der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht ist es möglich, das feste Verschmelzen oder Zusammenkleben wirkungsvoll zu verhindern, das ansonsten zwischen den Überhangabschnitten und den Teilbereichen des Membranabschnitts auftreten würde. Somit werden die physikalischen Eigenschaften nicht beeinträchtigt, welcher Fall ansonsten aufgrund der großen auf die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht einwirkenden Restspannung als Folge dieser Verbindung eintreten würde. Ferner ist es möglich, das Problem der Streuung beim Sintern der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht infolge der unregelmäßig vorhandenen bzw. fehlenden Verbindung sowie das Problem der Streuung bei der Restspannung und der Steifigkeit des Elements zu lösen. Außerdem ist es möglich, die Streuung der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Eigenschaften wie z. B. des Verlagerungsausmaßes und die Streuung der Resonanzfrequenzeigenschaften wirkungsvoll zu unterbinden.

Claims

1. Piezoelektrisches und/oder elektrostriktives Filmelement, das zumindest einen Hohlraum (6) aufweist und ein Zirkoniumdioxidsubstrat (2) mit einem dünnwandigen Membran-abschnitt (10) umfasst, der einstückig damit vorgesehen ist, um den Hohlraum (6) zu bedecken und zu verschließen, sowie einen filmförmigen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitt (18), der aus einer unteren Elektrode (12), einer piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (14) und einer oberen Elektrode (16) besteht, die nach einem Filmbildungsverfahren der Reihe nach in Schichtkonfiguration auf einer Außenfläche des Membranabschnitts (10) vorgesehen sind, worin:

sich zumindest ein Teil eines Umfangskantenabschnitts der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (14) seitlich über einen entsprechenden Umfangskantenabschnitt der unteren Elektrode (12) hinaus erstreckt, so dass ein Überhangabschnitt (14a) konstruiert wird, der sich gegenüberliegend über dem Membranabschnitt (10) befindet, und sich der Überhangabschnitt (14a) in einem unvollständigen Verbindungszustand in Bezug auf einen Teilbereich des Membranabschnitts (10) befindet, der unmittelbar darunter angeordnet ist, und zwar mit Hilfe von Teilchen (20), die hauptsächlich eine Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid umfassen und die zwischen den Überhangabschnitt (14a) und den unmittelbar darunter angeordneten Teilbereich des Membranabschnitts (10) gelangen können.

2. Piezoelektrisches und/oder elektrostriktives Filmelement nach Anspruch 1, worin der Membranabschnitt (10) eine Dicke nicht unter 1 um und nicht über 50 um aufweist.

3. Piezoelektrisches und/oder elektrostriktives Filmelement nach Anspruch 1, worin die untere Elektrode (12) eine Dicke nicht über 20 um aufweist.

4. Piezoelektrisches und/oder elektrostriktives Filmelement nach Anspruch 1, worin die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht (14) eine Dicke nicht unter 3 um und nicht über 50 um aufweist.

5. Piezoelektrisches und/oder elektrostriktives Filmelement nach Anspruch 1, worin die obere Elektrode (16) eine Dicke nicht über 20 um aufweist.

6. Piezoelektrisches und/oder elektrostriktives Filmelement nach Anspruch 1, worin der piezoelektrische und/oder elektrostriktive Betriebsabschnitt (18) eine Gesamtdicke nicht über 100 um aufweist.

7. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements, das zumindest einen Hohlraum (36) aufweist und ein Zirkoniumdioxidsubstrat (22) mit einem dünnwandigen Membranabschnitt (27) umfasst, der einstückig damit vorgesehen ist, um den Hohlraum (36) zu bedecken und zu verschließen, sowie einen filmförmigen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitt (24), der aus einer unteren Elektrode (40), einer piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (42) und einer oberen Elektrode (44) besteht, die nach einem Filmbildungsverfahren der Reihe nach in Schichtkonfiguration auf einer Außenfläche des Membranabschnitts (27) vorgesehen werden, wobei das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements folgende Schritte umfasst:

das Herstellen des bereits gebrannten Zirkoniumdioxidsubstrats (22), bei dem zumindest der Membranabschnitt (27) Aluminiumoxid enthält, das Ausbilden der unteren Elektrode (40) auf der Außenfläche des Membranabschnitts (27) des Zirkoniumdioxidsubstrats (22), daraufhin das Ausbilden der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (42) auf der unteren Elektrode (40) nach einem Filmbildungsverfahren unter Verwendung eines piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Materials, das Magnesiumoxid oder eine Magnesiumoxid ergebende Komponente enthält, unabhängig oder in Form einer Verbindung, so dass sich zumindest ein Teil eines Umfangskantenabschnitts der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (42) seitlich über einen entsprechenden Umfangskantenabschnitt der unteren Elektrode (40) hinaus erstreckt so dass ein Überhangabschnitt (42a) konstruiert wird, der sich gegenüberliegend über dem Membranabschnitt (27) befindet, und das Brennen der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (42), so dass sich Teilchen (20), die hauptsächlich eine Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid umfassen, zumindest an einer Grenze zwischen dem Überhangabschnitt (42a) und einem unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts (27) ablagern können, und so ein unvollständiger Verbindungszustand zwischen dem Überhangabschnitt (42a) und dem unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts (27) hergestellt wird.

8. Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements nach Anspruch 7, worin die abzulagernden Teilchen (20) Spinellteilchen sind.

9. Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements nach Anspruch 7, worin das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Material Magnesiumoxid als Komponente einer Zusammensetzung enthält, um piezoelektrische und/oder elektrostriktive Eigenschaften zu erzielen.

10. Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements nach Anspruch 7, worin das Aluminiumoxid in einem Anteil nicht unter 0,1 Gew.-% und nicht über 5,0 Gew.-% enthalten ist.

11. Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements nach Anspruch 7, worin die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht (42) als Film an der Außenfläche des Membranabschnitts (27) des Zirkoniumdioxidsubstrats (22) ausgebildet wird, indem ein Material verwendet wird, das hauptsächlich piezoelektrische und/oder elektrostriktive Keramikteilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,01 um bis 7 um umfasst.

12. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements, das zumindest einen Hohlraum (36) aufweist und ein Zirkoniumdioxidsubstrat (22) mit einem dünnwandigen Membranabschnitt (27) umfasst, der einstückig damit vorgesehen ist, um den Hohlraum (36) zu bedecken und zu verschließen, sowie einen filmförmigen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitt (24), der aus einer unteren Elektrode (40), einer piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (42) und einer oberen Elektrode (44) besteht, die nach einem Filmbildungsverfahren der Reihe nach in Schichtkonfiguration auf einer Außenfläche des Membranabschnitts (27) vorgesehen werden, wobei das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements folgende Schritte umfasst:

das Herstellen des bereits gebrannten Zirkoniumdioxidsubstrats (22), das Ausbilden der unteren Elektrode (40) auf der Außenfläche des Membranabschnitts (27) des Zirkondioxidsubstrats (22) nach einem Filmbildungsverfahren unter Verwendung eines Elektrodenmaterials, das Aluminiumoxid oder eine Aluminiumoxid ergebende Komponente enthält, daraufhin das Ausbilden der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (42) auf der unteren Elektrode nach einem Filmbildungsverfahren unter Verwendung eines piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Materials, das Magnesiumoxid oder eine Magnesiumoxid ergebende Komponente enthält, unabhängig oder in Form einer Verbindung, so dass sich zumindest ein Teil eines Umfangskantenabschnitts der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht seitlich über einen entsprechenden Umfangskantenabschnitt der unteren Elektrode (40) hinaus erstreckt, um einen Überhangabschnitt (42a) zu konstruieren, der sich gegenüberliegend über dem Membranabschnitt (27) befindet, und das Brennen der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (42), so dass sich Teilchen (20), die hauptsächlich eine Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid umfassen, zumindest an einer Grenze zwischen dem Überhangabschnitt (42a) und einem

unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts (27) ablagern können, und so ein unvollständiger Verbindungszustand zwischen dem Überhangabschnitt (42a) und dem unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts (27) hergestellt wird.

13. Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements nach Anspruch 12, worin die abzulagernden Teilchen (20) Spinellteilchen sind.

14. Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements nach Anspruch 12, worin das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Material Magnesiumoxid als Komponente einer Zusammensetzung enthält, um piezoelektrische und/oder elektrostriktive Eigenschaften zu erzielen.

15. Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements nach Anspruch 12, worin das Aluminiumoxid oder die Aluminiumoxid ergebende Komponente in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-% enthalten ist.

16. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements, das zumindest einen Hohlraum (36) aufweist und ein Zirkoniumdioxidsubstrat (22) mit einem dünnwandigen Membranabschnitt (27) umfasst, der einstückig damit vorgesehen ist, um den Hohlraum (36) zu bedecken und zu verschließen, sowie einen filmförmigen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitt (24), der aus einer unteren Elektrode (40), einer piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (42) und einer oberen Elektrode (44) besteht, die nach einem Filmbildungsverfahren der Reihe nach in Schichtkonfiguration auf einer Außenfläche des Membranabschnitts (27) vorgesehen werden, wobei das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements folgende Schritte umfasst:

das Herstellen des bereits gebrannten Zirkoniumdioxidsubstrats (22), das Ausbilden einer Trennschicht, die Aluminiumoxid oder eine Aluminiumoxid ergebende Komponente enthält, zumindest um einen Bereich, auf dem die untere Elektrode (40) ausgebildet ist, auf der Außenfläche des Membranabschnitts (27) des Zirkoniumdioxidsubstrats (22), das Ausbilden der unteren Elektrode (40) auf der Außenfläche des Membranabschnitts (27) vor oder nach der Bildung der Trennschicht, daraufhin das Ausbilden der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (42) auf der unteren Elektrode (40) nach einem Filmbildungsverfahren unter Verwendung eines piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Materials, das Magnesiumoxid oder eine Magnesiumoxid ergebende Komponente enthält, unabhängig oder in Form einer Verbindung, so dass sich zumindest ein Teil eines Umfangskantenabschnitts der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (42) seitlich über einen entsprechenden Umfangskantenabschnitt der unteren Elektrode (40) hinaus erstreckt, so dass ein Überhangabschnitt (42a) konstruiert wird, der sich gegenüberliegend über dem Membranabschnitt (27) befindet, und das Brennen der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (42), so dass sich Teilchen (20), die hauptsächlich eine Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid umfassen, zumindest an einer Grenze zwischen dem Überhangab-schnitt (42a) und einem unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts (27) ablagern können, und so ein unvollständiger Verbindungszustand zwischen dem Überhangabschnitt (42a) und dem unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts (27) hergestellt wird.

17. Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements nach Anspruch 16, worin die abzulagernden Teilchen Spinellteilchen sind.

18. Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements nach Anspruch 16, worin das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Material Magnesiumoxid als Komponente einer Zusammensetzung enthält, um piezoelektrische und/oder elektrostriktive Eigenschaften zu erzielen.

19. Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements nach Anspruch 16, worin die Trennschicht eine Dicke von 0,1 bis 10 um aufweist.

20. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements, das zumindest einen Hohlraum (36) aufweist und ein Zirkoniumdioxidsubstrat (22) mit einem dünnwandigen Membranabschnitt (27) umfasst, der einstückig damit vorgesehen ist, um den Hohlraum (36) zu bedecken und zu verschließen, sowie einen filmförmigen piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Betriebsabschnitt (24), der aus einer unteren Elektrode (40), einer piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (42) und einer oberen Elektrode (44) besteht, die nach einem Filmbildungsverfahren der Reihe nach in Schichtkonfiguration auf einer Außenfläche des Membranabschnitts (27) vorgesehen werden, wobei das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements folgende Schritte umfasst:

das Herstellen des bereits gebrannten Zirkoniumdioxidsubstrats (22), das Ausbilden einer Trennschicht, die Aluminiumoxid oder eine Aluminiumoxid ergebende Komponente und Magnesiumoxid oder eine Magnesiumoxid ergebende Komponente enthält, oder Teilchen enthält, die hauptsächlich eine Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid umfassen, zumindest um einen Bereich, auf dem die untere Elektrode (40) ausgebildet wird, auf der Außenfläche des Membranabschnitts (27) des Zirkondioxidsubstrats (22), das Ausbilden der unteren Elektrode (40) auf der Außenfläche des Membranabschnitts (27) vor oder nach der Bildung der Trennschicht, daraufhin das Ausbilden der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (42) auf der unteren Elektrode (40) nach einem Filmbildungsverfahren, so dass sich zumindest ein Teil eines Umfangskantenabschnitts der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (42) seitlich über einen entsprechenden Umfangskantenabschnitt der unteren Elektrode (40) hinaus erstreckt, so dass ein Überhangabschnitt (42a) konstruiert wird, der sich gegenüberliegend über dem Membranabschnitt (27) befindet, und das Brennen der piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Schicht (42), so dass sich Teilchen (20), die hauptsächlich eine Verbindung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid umfassen, zumindest an einer Grenze zwischen dem Überhangabschnitt (42a) und einem unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts (27) ablagern können, und so ein unvollständiger Verbindungszustand zwischen dem Überhangab-schnitt (42a) und dem unmittelbar darunter befindlichen Teilbereich des Membranabschnitts (27) hergestellt wird.

21. Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements nach Anspruch 20, worin die abzulagernden Teilchen (20) Spinellteilchen sind.

22. Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements nach Anspruch 20, worin die piezoelektrische und/oder elektrostriktive Schicht (42) unter Verwendung eines piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Materials gebildet wird, das Magnesiumoxid oder eine Magnesiumoxid ergebende Komponente unabhängig oder in Form einer Verbindung enthält.

23. Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements nach Anspruch 22, worin das piezoelektrische und/oder elektrostriktive Material Magnesiumoxid als Komponente einer Zusammensetzung enthält, um piezoelektrische und/oder elektrostriktive Eigenschaften zu erzielen.

24. Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen und/oder elektrostriktiven Filmelements nach Anspruch 20, worin die Trennschicht eine Dicke von 0,1 bis 10 um aufweist.