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2011 Fiscal Year Annual Research Report

分極制御による薄膜材料の多元的圧電特性評価技術の開発

Research Project

Project/Area Number 21560328
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

神野 伊策  神戸大学, 工学研究科, 教授 (70346039)

Keywords圧電 / 薄膜 / 圧電すべり効果 / 圧電横効果 / PZT / MEMS
Research Abstract

本年度は昨年度に引き続きエピタキシャルPZT薄膜の圧電効果の評価を実施した.MgOおよびSrTiO3基板上に(001),(110),(111)エピタキシャルPZT薄膜を形成し,その圧電横効果および圧電すべり特性の計測を行った.
圧電すべり特性の測定には,PZT薄膜を幅約20~30μmの細い矩形上に微細加工し,その側面に分離した電極を形成したサンプルを用いて行った.側面電極間に電圧を印加し,逆圧電効果による圧電すべりひずみが面内変位として現れるため,これをレーザードップラー振動計を用いて測定した.この他,基板ごと短冊状に切り出したユニモルフカンチレバーにストライプ状の電極を形成し,その逆圧電効果により生じる先端変位から圧電横効果e_<31>^*の評価を行った.
測定の結果,(001),(110),(111)エピタキシャルPZT薄膜の圧電すべり定数d15はそれぞれ440pm/V,305pm/V,160pm/Vであり,(001)PZT薄膜が最も高い値を示した.一方,(001),(110),(111)PZT薄膜の圧電横効果e_<31>^*は,それぞれ6.4C/m^2,8.1C/m^2,4.0C/m^2と(110)PZT薄膜が最も大きな値を示した.圧電すべり効果は分極軸に垂直に電界が印加するため基本的に分極回転の効果によりひずみが発生するため,c軸配向膜が最も高い圧電効果を示したと考えられる.一方,圧電横効果については,格子の伸縮によるintrinsicな圧電効果と分極の回転によるextrinsicの効果の競合過程となり,そのため(110)PZT薄膜の圧電特性が大きくなったと考えられる.
本研究では,特に薄膜材料の圧電すべり効果を正確に評価することが可能となり,結晶配向と圧電すべり効果の影響を考慮することで見かけ上の圧電効果を解析し更なる圧電特性の向上にむけた指針を得ることができる.

  • Research Products

    (11 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (4 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Multilayer Thin-Film Capacitor Fabricated by Radio-Frequency Magnetr on Sputtering2012

    • Author(s)
      Yuji Imamiya, Isaku Kanno, Ryuji Yokokawa, Hidetoshi Kotera
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 50 Pages: 09NA01

    • DOI

      DOI:10.1143/JJAP.50.09NA01

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Power-generation performance of lead-free (KNa)NbO3 piezoelectric thin-film energy harvester2012

    • Author(s)
      I.Kanno, T.Ichida, K.Adachi, H.Kotera, K.Shibata, T.Mishima
    • Journal Title

      Sensors and Actuators A : Physical

      Volume: 179 Pages: 132-136

    • DOI

      10.1016/j.sna.2012.03.003

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Metal-based Piezoelectric Microelectromechanical Systems Scanner Composed of Pb(Zr,Ti)O3 Thin Film on Titanium Substrate2012

    • Author(s)
      S.Matsushita, I.Kanno, K.Adachi, R.Yokokawa, H.Kotera
    • Journal Title

      Microsystem technologies

      Volume: 18(web)

    • DOI

      DOI:10.1007/s00542-012-1462-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Piezoelectric properties of microfabricated (K,Na)NbO3 thin films2011

    • Author(s)
      Yu Wakasa, Isaku Kanno, Ryuji Yokokawa, Hidetoshi Kotera, Kenji Shibata, Tomoyoshi Mishima
    • Journal Title

      Sensors and Actuators A : Physical

      Volume: 171 Pages: 223-227

    • DOI

      10.1016/j.sna.2011.06.018

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 機能性薄膜のマイクロデバイス応用2011

    • Author(s)
      神野伊策, 小寺秀俊
    • Journal Title

      機械の研究

      Volume: 63 Pages: 459-466

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 圧電薄膜を用いたMEMSエナジーハーベスト2012

    • Author(s)
      神野伊策
    • Organizer
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都)
    • Year and Date
      2012-03-16
  • [Presentation] 圧電薄膜を用いたMEMSデバイス開発2012

    • Author(s)
      神野伊策
    • Organizer
      第18回『エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術』(mate2012)
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県)
    • Year and Date
      2012-02-01
  • [Presentation] VIBRATION ENERGY HAEVESTERS OF LEAD-FREE (K,Na)NbO3 PIEZOELECTRIC THIN FILMS2011

    • Author(s)
      I.Kanno, T.Ichida, H.Kotera, K.Shibata, F.Horikiri, T.Mishima
    • Organizer
      Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS 2011)
    • Place of Presentation
      ソウル
    • Year and Date
      2011-11-17
  • [Presentation] Vibration energy harvesters of piezoelectric thin films2011

    • Author(s)
      Isaku Kanno
    • Organizer
      International Symposium on Green Manufactureing and Applications (ISGMA 2011)
    • Place of Presentation
      ソウル
    • Year and Date
      2011-10-06
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.research.kobe-u.ac.jp/eng-dynamics/

  • [Remarks]

    • URL

      http://www.researcherid.com/rid/B-3959-2010

URL: 

Published: 2013-06-26  

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