Creation of Giant Piezoelectric Transducer Thin Film with High Curie Point and Breaking Performance Limit of Piezoelectric MEMS

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05231
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28050:Nano/micro-systems-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Yoshida Shinya 東北大学, 工学研究科, 特任准教授 (30509691)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 圧電ＭＥＭＳ / スパッタ法 / エピタキシャル成長 / 単結晶 / アクチュエータ

Outline of Final Research Achievements

Aiming to create ultra-high performance piezoelectric MEMS actuators, we have developed innovative piezoelectric thin films that combine giant piezoelectric properties with high heat resistance. As a candidate material, a single-crystal thin film of Sm-doped lead magnesium niobate/lead titanate (Sm-PMN-PT) was investigated. Sm-PMN-PT was deposited on a Si substrate via a buffer layer by sputtering. As a result, we succeeded in epitaxial growth of the single-crystal thin film consisting of ideal crystal orientation and phase. It was also demonstrated that this film has the potential to exhibit piezoelectric performance that exceeds that of general lead zirconate titanate polycrystalline thin films.

Free Research Field

ＭＥＭＳ、微細加工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

圧電性と耐熱性とのバランスがよいチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）を用いた圧電MEMS（微小電気機械システム）アクチュエータは，既に産業的な成功をおさめている。しかし，PZTの性能の向上化は限界に達しつつあり，デバイス性能もこれにより制限されている。本研究では、その圧電性能と同等以上である新しい圧電薄膜の開発に成功した。これを実用化できれば、より高性能な圧電MEMSアクチュエータを創出できる可能性がある。また、我が国の企業に技術移転できれば、産業的にも貢献できる。